KR20070036657A - 패턴화된 자기 기록 디스크를 나노임프린트하기 위한시스템 및 방법 - Google Patents

패턴화된 자기 기록 디스크를 나노임프린트하기 위한시스템 및 방법 Download PDF

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KR20070036657A
KR20070036657A KR1020060082881A KR20060082881A KR20070036657A KR 20070036657 A KR20070036657 A KR 20070036657A KR 1020060082881 A KR1020060082881 A KR 1020060082881A KR 20060082881 A KR20060082881 A KR 20060082881A KR 20070036657 A KR20070036657 A KR 20070036657A
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disk
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토마스 알 알브레히트
데니스 알 맥케인
구린더 팔 싱
헨리 훙 양
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히다치 글로벌 스토리지 테크놀로지스 네덜란드 비.브이.
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    • G—PHYSICS
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    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/84—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing record carriers
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    • G11B5/855—Coating only part of a support with a magnetic layer

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  • Manufacturing Of Magnetic Record Carriers (AREA)
  • Manufacturing Optical Record Carriers (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

자기 기록 디스크를 나노임프린트하는데 사용되는 마스터 디스크 또는 "스탬퍼"를 패터닝하는 시스템과 방법은 회전하는 마스터 디스크 기판 상에서 레지스트 층의 광 근접장 내에 개구 구조를 지지하는 공기 베어링 슬라이더를 이용한다. 개구의 입광측으로 지향된 레이저 펄스는 레지스트 층에 출광된다. 개구 구조는 레이저 광선에 대해 반사하는, 내부에 개구가 형성되어 있는 금속막을 포함한다. 개구는 사이즈가 입사 레이저 광선 파장보다 작고, 상기 레지스트 층 근방에서 공기 베어링 슬라이더에 의해 광선 파장 내에 유지된다. 레이저 펄스의 타이밍은 레지스트 층의 노광 영역의 패턴을 형성하기 위해 조절되고, 이 패턴에 의해 결국, 자기 기록 디스크가 마스터 디스크에 의해 나노임프린트될 때 상기 자기 기록 디스크에 무데이터 아일랜드와 데이터 아일랜드의 원하는 패턴이 형성된다.

Description

패턴화된 자기 기록 디스크를 나노임프린트하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PATTERNING A MASTER DISK FOR NANOIMPRINTING PATTERNED MAGNETIC RECORDING DISKS}
도 1은 패턴화된 자기 기록 디스크를 나노임프린트하는데 사용되는 마스터 디스크를 패터닝하는 시스템의 개략도.
도 2는 마스터 디스크의 일부와 공기 베어링 캐리어 상에서의 개구 구조를 확대한 부분도.
도 3은 마스터 디스크에서 볼 때의 개구 구조의 출광측을 도시하며, 개구를 둘러싸는 주기적인 표면 주름을 갖는 금속막을 나타내는 도면.
도 4a는 C자 형상의 개구를 나타내는 도면.
도 4b는 H자 형상의 개구를 나타내는 도면.
도 4c는 보티에 형상의 개구를 나타내는 도면.
도 5a는 특징 치수 d를 갖는 C자 형상의 개구를 나타내는 도면.
도 5b는 도 5a의 C자 형상의 개구와 동일한 면적을 가진 정사각형 개구를 나타내는 도면.
도 5c는 도 5a의 C자형 개구와 동일한 면적을 가진 직사각형 개구를 나타내는 도면.
도 5d는 도 5a의 C자형 개구와 동일한 근접장 스폿 사이즈를 제공하도록 계산된 치수를 갖는 정사각형 개구를 나타내는 도면.
도 6은 캐리어 본체의 개방부 내에 위치한 개구 구조를 도시하며, 이 개구 구조는 SIL(Solid Immersion Lens)인 것인 도면.
도 7은 광선 투과 재료로 형성된 캐리어 내에 포함된 개구 구조를 도시하며, 이 개구 구조는 초반구형(super-hemispherical) SIL인 것인 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 마스터 디스크
11 : 포토레지스트 층
20 : 스핀들 모터
21 : 회전축
22 : 회전 인코더
30 : 캐리어
31 : ABS
40 : 캐리어 지지부
45 : 반경 위치 인코더
50 : 개구 구조
60 : 레이저
61 : 변조기
62 : 거울
63 : 초점 렌즈
70 : 제어 시스템
본 발명은 개괄적으로, 각각의 데이터 비트가 디스크 상의 자기로 분리된 데이터 아일랜드에 저장되는 패턴화된 매체 자기 기록 디스크에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 패턴화된 매체 디스크를 나노임프린트하는데 사용되는 마스터 디스크를 패터닝하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
데이터 밀도를 상승시키기 위해 자기 기록 매체가 패턴화된 자기 기록 하드 디스크 드라이브가 제안되고 있다. 패턴화된 매체에 있어서, 디스크 상의 자기 기록층은 동심의 데이터 트랙에 배열되는 분리된 소형의 데이터 아일랜드로 패턴화된다. 패턴화된 데이터 아일랜드에서 필요한 자기적 분리를 이루기 위하여, 아일랜드 간의 스페이스의 자기 모멘트는 이들 스페이스가 본래 비자성을 갖도록 소실되어야 하거나 실질적으로 감소되어야 한다. 예컨대, 미국 특허 제6,440,520호에 기재되어 있는 한 형태의 패턴화된 매체에서는, 데이터 아일랜드가 스페이스 위에서 연장하는 고가 영역이거나 기둥이며, 자기 재료가 아일랜드와 스페이스 모두에 피복되지만, 스페이스는 판독 또는 기록에 나쁜 영향을 주지 않도록 리드/라이트 헤드로부터 충분히 떨어져 있기 때문에, 본래 비자성인 것으로 간주될 수 있다. 또한, 패턴화된 매체 디스크는 리드/라이트 헤드의 위치 결정 및 데이터 동기화에 이용되는 무데이터(nondata) 영역을 구비한다. 무데이터 영역은 복수의 데이터 트랙에 걸쳐 반경 방향으로 연장하는 무데이터 아일랜드이며 비자성 스페이스에 의해 분리된다. 패턴화된 매체 디스크는, 자화 방향이 기록층과 평행하거나 기록층 평면 내에 있는 종축의 자기 기록 디스크일 수 있거나, 자화 방향이 기록층에 수직이거나 기록층 평면 밖에 있는 수직의 자기 기록 디스크일 수 있다.
패턴화된 매체 디스크를 제조하기 위한 한가지 제안 방법은 형태적(topographic) 표면 패턴을 구비한 마스터 디스크 또는 "스탬퍼(stamper)"로 나노임프린트하는 것이다. 이 방법에서, 표면 상에 폴리머막을 갖는 자기 기록층 디스크 기판이 마스터 디스크에 대하여 눌러진다. 폴리머막은 마스터 디스크 패턴의 화상을 수용한 다음, 디스크 기판의 후속 에칭을 위한 마스크가 된다. 그리고, 자기층 및 자기 기록 디스크에 필요한 다른 층이 에칭된 디스크 기판 상에 침착된 후 패터닝된 매체 디스크가 형성된다.
첫번째 난제는 나노임프린트용 마스터 디스크의 패터닝이다. 면적의 데이터 밀도가 약 300 bit/in2보다 큰 패턴화된 매체 디스크를 달성하기 위해서, 패턴 주기는 통상 다운트랙 방향으로 약 50 nm 미만이고, 데이터 아일랜드의 직경은 약 30 nm 미만이다. 이들 요건이 종래의 포토리소그래피로는 가능하지 않기 때문에, 전자 빔(e 빔) 리소그래피는 최소 특징 사이즈 및 패턴 기록 시간 측면에서 그 가능성의 실제 제한으로 강요된다.
따라서, 종래의 포토리소그래피 또는 e 빔 리소그래피에 의존하지 않으면서, 요구되는 특징 사이즈를 갖는 마스터 디스크를 패터닝하는 시스템 및 방법이 필요하다.
자기 기록 디스크를 나노임프린트하는데 사용되는 마스터 디스크를 패터닝하는 시스템 및 방법은, 회전하는 마스터 디스크 기판 상의 레지스트의 광학적 근접장 내에서 개구 구조를 지원하는 공기 베어링(air-bearing) 슬라이더를 이용한다. 탄소막 등의 보호막 및/또는 윤활액(liguid lubricant)이 개구 구조를 지지하는 슬라이더의 부양력을 높이기 위해 레지스트 층 상에 있을 수 있다.
개구의 입광측으로 지향된 레이저 펄스는 레지스트 층에 출광된다. 개구 구조는 레이저 광선에 대해 반사하는 금속막과, 그 막 안에 형성된 개구를 포함한다. 개구는 입사하는 레이저 광선(laser radiation)의 파장보다 작은 사이즈를 갖고, 레지스트 층 근방에서 공기 베어링 슬라이더에 의해 광선 파장 내에 유지된다. 개구를 둘러싸는 반사성 금속막은 주기적인 주름(corrugation) 또는 릿지(ridge)를 가져, 입사 레이저 광선이 주름을 갖는 막 표면에서 표면 플라스몬(plasmon)과 공진할 때 개구를 통과하는 광선 투과가 강화된다. 개구는 "C"자, "E"자, "H"자 또는 "보티에" 등의 특별한 형상을 가질 수 있고, 그 결과 표면 플라스몬 공진 자극이 광선 투과를 강화시킨다.
레지스트층은 레이저 광선에 노광되어 가열될 때 자신의 화학적 에칭 특성을 변화시키는, 비스무스/인듐(Bi/In) 금속 2중층 등의 열 레지스트일 수 있다. 노광 된 영역은 염화수소 산 혼합물(HCL:H202:H20, 1:1:48)과 질산 혼합물에 견디지만, 비노광 영역은 동일한 산 혼합물에서 제거된다. 레이저 펄스의 타이밍은 레지스트 층에서 노광 영역의 패턴을 형성하도록 제어되며, 이 패턴에 의해 결국, 기록 디스크가 마스터 디스크에 의해 나노임프린트될 때, 기록 디스크 내의 데이터 아일랜드와 무데이터 아일랜드의 원하는 패턴이 이루어진다. 레지스트 층이 노광되어 패턴을 형성한 후에, 레지스트 층과 마스터 디스크 기판은 특별한 화학제품에 의해 또는 반응 이온 에칭(RIE) 등에 의해 에칭될 수 있으며, 이제 에칭에 대해 견디는 노광 영역은 마스크로서 기능하게 된다. 에칭은 마스터 디스크 기판 내에서 이루어져 나머지 레지스트의 제거 후에, 마스터 디스크 기판은 원하는 패턴을 구비하여 나노임프린트 스탬퍼로서 사용될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상 및 장점을 보다 자세하게 이해하기 위해, 첨부 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 참고해야 할 것이다.
도 1은 패턴화된 자기 기록 디스크를 임프린트하는데 사용되는 마스터 디스크를 패터닝하는 시스템의 개략도이다. 포토레지스트 층(11)을 갖는 마스터 디스크(10)는 축(21)에 대하여 회전하는 스핀들 모터(20) 상에서 지지된다. 스핀들 모터(20)는 정밀한 각도 위치 정보를 제공하는 미세선(fine-line) 회전 인코더(22)를 구비한, NRRO(Non-Repeatable RunOut)가 매우 낮은, 즉 1000 RPM에서 약 1 nm 미만인 시판되는 공기 베어링 스핀들 모터일 수 있다. 캐리어(30)는 마스터 디스크를 향하며 마스터 디스크(20) 위에서 캐리어(30)를 매우 근접하게, 예컨대 10 내지 20 nm로 지지하는 매우 공기 베어링 표면(ABS: Air-Bearing Surface)을 갖는다. 캐리어(30)는 광선을 레지스트 층(11)에 출광하는 개구 구조(50)를 지지한다. 캐리어(30)는 로드 빔(load beam)(42)과 만곡부(43)를 포함하는 서스펜션부와 강체 아암부(41)를 포함하는 캐리어 지지부(40)에 연결된다. 서스펜션부는 자기 기록 디스크 드라이브에 이용되는 것과 유사한 종래의 서스펜션부이며, 캐리어(30)가 ABS(31)에 의해 회전 마스터 디스크(10) 위에서 지지되는 동안 캐리어(30)는 "전후" 및 "좌우"로 이동할 수 있다.
캐리어(30)와 마스터 디스크(10)는 화살표(44)로 표시하는 바와 같이, 축(21)에 직교하는 반경 방향으로 서로에 대해 이동 가능하다. 도 1에서는 이것이, 고정된 스핀들 모터(20)를 고정시키고, 캐리어 지지부(40)가 반경 위치 결정기 또는 액츄에이터가 되게 함으로써 달성되는데, 이 액츄에이터는 캐리어(30)를 순전히 반경선을 따라 이동시키는 선형 액츄에이터, 또는 캐리어(30)를 거의 반경 또는 아치형의 경로를 따라 회전시키는 로터리 액츄에이터 중 하나이다. 액츄에이터는 캐리어(30)를 마스터 디스크(10) 상의 원하는 반경에 위치시키기 위해 (높은 분해능의 반경 위치 인코더(45)를 이용하는) 폐쇄 루프형 절대 위치 제어부를 구비한다. 한편, 캐리어 지지부(40)는 고정될 수 있고, 회전형 위치 결정기는 스핀들 모터(20)가 탑재되는 이동대(translationl stage)로서, 마스터 디스크(10)를 고정된 캐리어(30)에 대하여 반경 방향으로 이동시킨다. 또한 이동대는 정밀한 반경 위치 정보를 제공하기 위하여 높은 분해능의 인코더를 포함하게 된다.
패터닝 시스템은 레이저 광선을 개구 구조(50)에 지향시키는 광학 시스템을 포함한다. 도 1에서, 광학 시스템은 레이저(60), 변조기(61), 거울(62) 및 초점 렌즈(63)를 포함한다. 캐리어 지지부(40)가 고정되면, 광학 시스템 역시 고정될 수 있다. 캐리어 지지부(40)가 가동 액츄에이터이면, 일 실시예에 있어서, 초점 렌즈와 거울은 캐리어(30)가 전체적으로 반경 방향으로 이동할 때 레이저 광선이 항상 개구 구조(50)에 지향되게 하도록 액츄에이터에 부착될 수 있다. 이러한 형태의 시스템의 일례가 미국 특허 제5,497,359호에 도시되고 기재되어 있다. 한편, 레이저(60)로부터의 광선은 광파이버에 의해 개구 구조(50)에 전달될 수 있다. 레이저(60)의 광선 파장은 파장 범위에서 선택될 수 있다. 가장 흔하게 사용하는 레이저는 다이오드 펌프 고체 레이저(diode-pumped solid state laser), 예컨대 Nd:YAG 또는 Nd:YLF이다. 이들은 높은 고조파에서 광선을 조사하도록 주파수가 다중화될 수 있다. 예컨대, 주파수 다중화 기능이 있는 Nd:YAG 레이저는 1064 nm, 532 nm, 355 nm 또는 266 nm에서 광선을 생성하는데 사용될 수 있다. 또한, 레이저로부터의 광선은 외부 변조기를 이용하여 변조될 수 있다. 최대 50 MHz의 주파수를 갖는 포켈(Pockel) 셀 변조기가 시판되고 있다. 모드 고정 레이저(mode-locked laser) 역시 주파수가 최대 100 MHz인 고속 펄스를 제공한다. 펄스형 다이오드 레이저 등의 다른 레이저를 사용할 수도 있다. 또한, 초점 렌즈(63)는 캐리어(30) 상에 위치하거나 캐리어 내에 내장될 수 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 컨트롤러 또는 제어 시스템(70)은 회전 인코더(22)로부터의 각도 위치 정보와, 인코더(45)로부터[또는 스핀들 모터(20)가 이동 가능하다면 이동대 인코더로부터]의 반경 위치 정보를 수신한다. 제어 시스템은 마스터 디스크(10)에 적용될 원하는 패턴으로 프로그램되는데, 이 패턴은 자기 기록 디스크 내에 임프린트되어 동심의 데이터 트랙 내의 데이터 아일랜드와, 복수의 트랙을 걸쳐 연장할 수 있는, 서보 섹터 및 동기화 마크 등의 무데이터 마크 양쪽을 형성하기 위한 패턴에 해당한다. 제어 시스템(70)은 반경 위치 결정기[도 1의 가동 액츄에이터 캐리어 지지부(40), 또는 스핀들 모터(20)가 이동 가능하다면 이동대]와 레이저 변조기(61)를 제어하여 마스터 디스크(10)의 레지스트 층(11)에 원하는 패턴을 형성하기 위해 레이저 펄스의 타이밍을 조절한다. 다른 실시예에서, 레이저는 트리거 신호에 응답하여, 요구시에 펄스를 전달할 수 있다.
도 2는 동작 관계에서 나타낼 때 마스터 디스크(10)의 일부와 캐리어(30) 상의 개구 구조(50)를 나타내는 확대 부분도이다. 디스크는 캐리어(30)를, 캐리어(30) 상의 ABS(31)에 의해 마스터 디스크(10)로부터 매우 근접하게, 예컨대 약 1 내지 50 nm 사이에서 유지시키는 방향으로 회전하고 있다.
개구 구조(50)의 본체는 유리, 석영, 또는 레이저의 파장에서 광선에 대해 투과하는 다른 유전 재료 등의 재료로 형성된다. 레이저의 파장에서 광선에 대해 실질적으로 반사하는 재료막(51)은 디스크 대향 면 상에 형성되고, 재료막 안에는 개구(52)가 형성되어 있다. 개구 구조(50)는 입사하는 레이저 광선(54)을 수광하는 입광측(53)과 개구(52)의 출구에 있는 출광측(55)을 갖는다. 재료막(51)은 금, 은, 크롬 또는 다른 적절한 합금 또는 다층 구조 등의 금속인 것이 좋다. 개구(52)는 초점 이온 빔(FIB : Focused Ion Beam) 또는 e 빔 리소그래피로 막(51)을 에칭하여 형성될 수 있다. 개구(52)를 형성하기 위해 제거되는 막(51)의 영역은 레이저의 파장에서 광선에 대해 투과적인 유전 재료로 다시 충전되어 디스크(10)를 향하는 표면의 평탄성을 확보한다. 한편, 디스크(10)를 향하는 개구(52)의 면(55)은 개구 구조(50)의 본체를 나중에 침착되는 막(51)의 두께에 해당하는 깊이까지, 예컨대 FIB 또는 e 빔 리소그래피로 먼저 에칭하여 막(51)의 외부 표면만큼 평평해질 수 있다. 그리고 막(51)을 원하는 두께로 침착하여 개구(52)의 표면(55)은 도 2에 도시하는 바와 같이 막(51)의 외부 표면과 실질적으로 평평하게 된다.
개구(52)는 파장 이하(subwavelenghth)의 사이즈이고, 즉 개구의 형상이 원형이면 그것의 직경은 또는 그 형상이 원형이 아니라면 최소 특징은 입사 레이저 광선의 파장보다 작고, 레이저 광선의 파장의 절반보다 작은 것이 좋다. 레지스트 층(11)은 파선(56)으로 표시하는 개구 출광의 근접장 내에, 즉 광선 파장 미만의 거리 내에 유지된다.
마스터 디스크(10)는 단결정 실리콘의 웨이퍼 등의 임의의 적절한 재료일 수 있는 기판(12)과, SiO2나 SiN막 등의 선택 가능한 막(12a)(있거나 없을 수 있음)을 포함한다. 레지스트 층(11)은 실광(room light)으로 처리될 수 있도록 약 400 nm보다 큰 파장을 갖는 광에 일반적으로 강력한 포토레지스트인 것이 좋다. 포토레지스트는 레이저 광선에 노광되어 가열되는 경우 자신의 광학적 또는 화학적 특성을 변경시키는 재료이다. 양호한 실시예에서, 레지스트 층(11)은 인듐(In) 층(11b) 상의 비스무스(Bi) 층(11a)과 같은 금속 2중층 열 레지스트이다. 이 레지스트가 노광될 때 Bi/In막의 온도는 비노광된 부분과 꽤 상이한 특성을 가진 새로운 물질로 변환할 수 있도록 충분히 상승하여 비노광된 영역은 에칭제를 이용한 현상 시에 제거될 수 있다. 이 레지스트는 G. Chapman 등의 문헌 "Wavelength Invariant Bi/In thermal Resist As A Si Anisotropic Etch Masking Layer and Direct Write Photomask Material"[ Advances in Resist Technology and Processing XX, Theodore H. Fedynyshyn, Editor, Proceedings of SPIE, Vol.　5309 (2003) pp.　472-483]에 자세하게 기재되어 있다. 종래의 자기 기록 디스크 상에서 보호 오버코트로서 이용되는 것과 같은, 스퍼터 침착된 "다이아몬드 형상의" 본질적으로 비정질 탄소를 함유하는 막 등의 박막의 오버코트(13)는 레지스트 층(11) 상에 선택적으로 형성될 수 있다. 종래의 자기 기록 디스크 상에 이용되는 것과 같은 PFPE(perfluoropolyether) 등의 윤활액층(14)은 레지스트 층(11) 상에서, 그 레지스트 층(11) 상에 직접 또는 오버코트(13) 상에 선택적으로 이용될 수 있다. 선택적인 오버코트(13)와 윤활액층(14)은 마스터 디스크(10) 위에서 캐리어(30)의 부상력을 향상시킬 수 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 레이저 펄스가 개구(52)에 입광되는 경우, 개구(52)로부터의 광선 출광은 근접장(56) 내에서 레지스트층(11)의 영역(15)을 노광시킨다. 노광후 영역(15)은 층(11)의 비노광 영역과 다른 새로운 물질을 형성하도록 충분히 가열될 것이다. 마스터 디스크(10)는 레이저가 펄스를 발생하는 동안 방향(49)으로 회전한다. 그렇기 때문에, 영역(16)은 개구 출광측(55) 바로 아래에 있을 때 이미 레이저 펄스에 의해 노광된 영역을 나타낸다. 도 2에서, 영역(15, 16) 의 사이즈는 단일 레이저 펄스로부터 생성된 사이즈에 대응하는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 방향(49)에서의 노광 영역의 폭은 레이저의 온 타임(om-time)을 변경함으로써 변할 수 있다. 그래서, 마스터 디스크(10)는 자기 기록 디스크를 서보 섹터와 동기화 마크 등의 무데이터 마크 및 데이터 아일랜드로 나노임프린트하는데 필요한 패턴으로 형성될 수 있다. 레지스트 층이 노광된 후에, 레지스트 층과 마스터 디스크 기판은 화학 에칭제 또는 반응 이온 에칭(RIE) 등에 의해 에칭될 수 있고, 이제 이 에칭을 견디는 비노광 영역은 이제 마스크로서 기능하게 된다. 노광 영역은 염화수소 산 혼합물(HCL:H202:H20, 1:1:48)과 질산 혼합물에 견디지만, 비노광 영역은 동일한 산 혼합물에서 제거된다. 에칭이 마스터 디스크 기판 내에서 이루어져 나머지 레지스트의 제거 후에, 마스터 디스크 기판은 원하는 패턴을 갖게 되고 나노임프린트 스탬퍼로서 이용될 수 있다.
도 3은 마스터 디스크에서 볼 때에 개구 구조(50)의 출광측(55)을 나타내고 있으며 개구 구조의 변형예를 도시하고 있는데, 이 구조에서 개구(52)를 둘러싸는 금속막(51)은 동심의 원형 패턴으로 나타내는 바와 같이 주기적인 주름 또는 릿지 표면 구조를 갖는다. 금속막 내의 파장 이하 개구를 통과하는 광투과는 입사 광선이 그 개구를 둘러싸는 주름을 갖는 금속 표면에서 표면 플라스몬과 공진하는 경우에 향상된다고 알려져 있다. 이에 금속막에 있는 릿지 또는 트렌치와 같은 특징부는 이들 특징부가 없는 경우보다 개구로부터 방사된 광선 출광을 보다 강화시킬 수 있는 공진 구조로서 기능한다. 이 효과는 개구로부터 방사된 후 레지스트 층으로 진행되는 광선의 주파수에 따른 공진 강화이며, 이 때 레지스트 층은 근접장 내에 위치하게 된다. 이 공진 강화는 Thio 등에 의해 "Enhanced light transmission through a single subwavelength aperture"라는 제목으로 Optics Letters, Vol. 26, Issue 24, pp.　1972-1974 (2001)와 US 2003/0123335 A1에 개시되어 있다.
도 4a 내지 도 4c는 개구의 다른 형상, 구체적으로 C자형 개구(도 4a), H자형 개구(도 4b) 및 보티에 형상의 개구(도 4c)를 도시하고 있다. 이러한 형태의 개구 주변에서의 표면 플라스몬 공진 자극은 광선 투과를 강화시킨다.
공진 파장은 개구를 둘러싸는 박막의 전기 특성과 두께뿐만 아니라, 개구의 특징 치수에도 좌우된다. 이것은 도 5a에 도시하는 C자형에 대한 J.A. Matteo 등의 Applied Physics Letters, Volume 85(4), pp　648-650 (2004)에 개시되어 있다. 개구는 기판으로서 160 미크론 두께의 융합 실리카를 이용하여 형성되었다. 5 nm 두께의 Cr막이 기판 상에 침착되고 이어서 200 nm 두께의 Au막이 침착된다. 최대 광 투과는 X축을 따라 편광된 입사 광선에서 행해진다. 40 내지 55 nm 범위에서 치수 d에 있어서, 공진 투과된 광의 파장은 560 nm에서부터 620 nm로 상승하는 것으로 알려져 있다. 또한 정사각형 개구(도 5b)와 직사각형 개구(도 5c)가 도시되며, 이들 각각은 C자형 개구와 동일한 면적을 갖는다. 도 5d는 근접장에서 C자형 개구와 동일한 스폿 사이즈를 제공하도록 계산된 정사각형 개구를 나타내고 있다. 직사각형 개구가 최대 광 투과를 제공하고, 공진시 C자형 개구가 투과 및 소형 스폿 사이즈의 최적 조합을 제공하는 것은 이미 알려져 있다.
또한, 근접장 스폿 사이즈는 특징 치수 d에 의해 결정된다. Shi 등의 Optics Letters[28(15), 1320 (2003)]에서는 완전하게 도전하는 금속 스크린의 경우, 약 100 nm의 d를 갖는 C자형 개구가 136 nm×128 nm의 스폿 사이즈(최대 진폭의 1/2에서 전파, 즉 FWHM)를 형성한다고 알려져 있다. 이 스폿은 도 5a에서 영역 "A" 주변에 중심이 있다. 이 스폿은 C자형 개구의 수평 아암부를 길게함으로써 다소 뽀쪽해질 수 있다.
E. Jin 등의 "Obtaining super resolution light spot using surface plasmon assisted sharp ridge nanoaperture"[Applied Physics Letters, Volume 86, 111106 (2005)]에서는 표면 플라스몬에 의해 강화된 투과가 C자형 및 H자형 개구에서 이루어질 수 있으며, 투과된 광의 시준은 이들 개구에서 손실된다고 예측하였다. E. Jin 등은 날카로운 릿지를 갖는 은막으로 형성된 보티에 개구(도 4c)가 시준 손실을 방지한다고 기재하고 있다. 이들은 12 nm ×16 nm만큼 작은 FWHM 스폿 사이즈를 형성하는 것과 같은 보티에 개구를 기술하고 있다.
도 2에서, 개구 구조(50)는 캐리어(30)의 단부에 부착된다. 그러나, 개구 구조는 캐리어(30)의 광선 투과부일 수도 있다. 개구 구조는 개구 구조(50')가 SIL(Solid Immersion Lens)인 실시예를 도시하고 있는 도 6에 도시하는 바와 같이 캐리어의 본체에 있는 개방부 내에 위치할 수도 있다. 개구(52)를 둘러싸는 광선 반사막(51)은 반구 형상의 SIL의 평평한 표면(57) 상에 배치되며, 그 표면(57)은 캐리어의 ABS(31)의 부분도 형성한다. 또한 개구 구조는 도 7에 도시하는 바와 같이 광선 투과 재료로 형성된 캐리어 상에 위치하거나 그 캐리어 내에 포함될 수 있다. 또한, 도 7은 개구 구조(50'')가 반구형 렌즈로 구성된 초반구형 SIL이고 캐리 어(30)의 본체의 일부인 실시예를 나타내고 있다. 광 데이터 기록을 위해 반구형 또는 초반구형 SIL를 구비한 공기 베어링 슬라이더는 미국 특허 번호 제5,497,359호와 제6,055,220호에 개시되어 있다. 개구 구조를 공기 베어링 슬라이더 또는 캐리어에 부착하기 위한 다른 많은 기술 및 구조가 가능하다.
표 1은 면적 비트 밀도가 약 300 Gb/in2인 패턴화된 자기 기록 디스크를 나노임프린트하는데 사용된 마스터 디스크를 패터닝하기 위한 시스템 파라미터를 정리한 것이다. 이 대략의 면적 밀도를 갖는 2.5 인치 디스크의 경우, 원형 데이터 트랙에 따른 선형 비트 밀도가 약 50만 내지 백만 비트/인치(BPI)의 범위 내에 있고, 반경 방향에서의 트랙 밀도는 약 30만 내지 60만 트랙/인치(TPI)의 범위 내에 있다.
파라미터 사이즈 단위 설명
개구 출구에서의 스폿 사이즈 6.25E-12 cm2 이것은 약 25 nm 직경의 마스터 디스크 상에서 스폿 사이즈를 형성한다.
입광측 개구 사이즈 25.00E-08 cm2 5 미크론×5 미크론을 상정
레지스트에 필요한 광선량 1.00E-02 J/cm2 10 mJ/cm2에 기초함
개구 투과 효율 1 이것은 2-4만큼 높은 투과 효율이 예상되기 때문에 줄잡은 어림치이다.
개구에 전달되는데 필요한 펄스 에너지 2.50E-9 J
옵틱스와 변조기에서의 손실 10 이것은 레이저와 개구 사이에 있는 구성 요소에서의 어림 손실치이다. 높은 손실율을 갖는 경우에도 이용 가능한 레이저가 요건을 만족시키는 것을 보여 주기 위해 높은 손실율이 선택된다.
레이저로부터 필요한 펄스 에너지 2.50E-8 J
레이저 변조기 듀티 사이클 0.5
초당 펄스의 수 5.00E+07
필요한 레이저 파워(CW) 0.3125 W
디스크 속도 2.5 m/sec
펄스 길이/노광 시간 1.00E-09 sec-1
레지스트 층 두께 20-50 nm
캐리어의 부상 높이 2-50 nm
펄스 길이 외에, 레지스트와 기판의 열 전도율도 분해능 인수이다. 열 확산은 열을 받는 영역의 사이즈를 증가시키는 경향이 있다. 이 확산은 레이저 펄스의 펄스 길이와 레지스트의 두께를 줄임으로써 감소될 수 있다. 이 때 펄스 에너지는 처리된 레지스트의 볼륨 변화를 고려하여 조절된다. 이러한 목적에서 짧은 레이저 펄스를 제공하는 모드 고정 레이저 또는 q 스위치드 레이저 등의 레이저를 사용할 수 있다. 이러한 q 스위치드 레이저는 주파수 변조 기능이 있는 Nd:YLF와 Nd:YAG 레이저 등의 다이오드 펌프 고체(DPSS : Diode-Pumped Solid-State) 레이저일 수 있다. 모드 고정 레이저는 통상 Ti-사파이어 레이저이다. 레이저 펄스 길이는 약 10 피코초(10-12 sec) 내지 약 10 나노초(10-9 sec)의 범위에 있을 수 있다. 양호한 특정 레이저 파장은 1064 nm, 532 nm, 355 nm, 266 nm 및 193 nm이지만, 이론상 어떤 파장도 이용할 수 있으며 예컨대 다이오드 레이저로부터의 680 nm 파장을 이용할 수 있다.
양호한 실시예들을 참조하여 구체적으로 본 발명을 도시하며 설명하였지만, 당업자라면 형태 및 세부 사항에 있어서 다양한 변화가 본 발명의 기술 사상 및 범주에서 이탈하는 일없이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 개시한 발명은 예시적인 것일 뿐, 후속하는 특허청구범위에서 특정하는 것에만 그 범주가 제한된다.
본 발명은 종래의 포토리소그래피 또는 e 빔 리소그래피에 의존하지 않으면서, 요구되는 특징 사이즈를 갖는 마스터 디스크를 패터닝하는 시스템 및 방법을 제공한다.

Claims (18)

  1. 자기 기록 디스크를 나노임프린트하기 위한 마스터 디스크를 패터닝하는 시스템으로서,
    실질적으로 평평한 표면을 갖는 기판과, 상기 기판 표면 상에 레지스트 층을 포함하는 마스터 디스크와;
    상기 기판 표면에 실질적으로 수직하는 축에 대하여 상기 마스터 디스크를 회전시키는 스핀들 모터와;
    레이저와;
    상기 레이저의 광선에 대하여 실질적으로 반사하며 내부에 개구를 구비한 반사 재료를 포함하는 개구 구조로서, 상기 개구의 사이즈는 상기 광선의 파장보다 작고, 상기 광선을 수광하는 입광측 및 출광측을 구비하는 개구 구조와;
    상기 개구 구조를 위한 캐리어로서, 상기 마스터 디스크를 향하는 공기 베어링 표면(ABS : Air-Bearing Surgace)을 구비하고 상기 스핀들 모터의 회전 축에 대하여 전체적으로 반경 방향으로 이동 가능한 캐리어와;
    강체 아암부와, 상기 캐리어를 상기 강체 아암부에 연결하는 서스펜션부를 포함하는 캐리어 지지부로서, 상기 캐리어는 상기 마스터 디스크의 회전 시에 상기 레이저 광선의 파장보다 작은 개구 출광측과 함께 상기 레지스트 층으로부터 유지되는 것인 캐리어 지지부와;
    상기 레이저에 연결되며 레이저 펄스를 상기 개구의 입광측으로 타이밍 조절 하며 상기 개구의 반경 위치와 상기 마스터 디스크의 각도 위치에 응답하는 컨트롤러
    를 포함하는 마스터 디스크 패터닝 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 캐리어 지지부는 고정되고, 상기 스핀들 모터는 이동 가능한 것인 마스터 디스크 패터닝 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스핀들 모터는 고정되고, 상기 캐리어 지지부는 상기 강체 아암부 및 부착된 서스펜션부와 캐리어를 이동시키기 위한 액츄에이터를 포함하는 것인 마스터 디스크 패터닝 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 마스터 디스크는 상기 레지스트 층 상에 윤활액을 더 포함하는 것인 마스터 디스크 패터닝 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 마스터 디스크는 상기 레지스트 층에 본질적으로 탄소를 함유하는 보호막을 더 포함하는 것인 마스터 디스크 패터닝 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 마스터 디스크 상의 레지스트 층은 인듐 위에 비스무스가 있는 2중층을 포함하는 것인 마스터 디스크 패터닝 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 개구 구조는 상기 레이저 광선에 투과적이며, 상기 마스터 디스크를 향하는 실질적으로 평평한 표면을 구비하고, 상기 반사 재료는 상기 개구 구조의 평평한 표면 상에 형성된 막을 포함하는 것인 마스터 디스크 패터닝 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 캐리어는 상기 레이저 광선에 대해 투과적이며, 상기 개구 구조는 상기 캐리어의 일부를 포함하고, 상기 반사막은 상기 캐리어의 ABS 상에 형성되는 것인 마스터 디스크 패터닝 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 반사막은 주기적인 주름(corrugation)을 갖는 금속막인 것인 마스터 디스크 패터닝 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 개구는 C자형, E자형, H 자형 및 보티에 형상으로 이루어진 그룹에서 선택된 형상을 갖는 것인 마스터 디스크 패터닝 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 개구 구조는 SIL(Solid Immersion Lens)를 포함하는 것인 마스터 디스크 패터닝 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 레이저는 펄스 길이가 약 10 피코초 또는 약 10 나노초의 범위에 있는 펄스형 레이저인 것인 마스터 디스크 패터닝 시스템.
  13. 자기 기록 디스크를 나노임프린트하기 위한 마스터 디스크를 패터닝하는 방법으로서,
    열 레지스트 층을 구비한 실질적으로 강체의 기판을 포함하는 패터닝 대상 마스터 디스크를 마련하는 열 레지스트 층을 구비한 마스터 디스크 마련 단계와;
    특정 파장에서 레이저 광선에 실질적으로 반사하고 내부에 개구를 구비한 재료를 포함하는 개구 구조를 마련하는 단계로서, 상기 개구는 사이즈가 상기 특정 파장보다 작은 것인 내부에 개구를 구비한 재료를 포함하는 개구 구조 마련 단계와;
    상기 기판에 실질적으로 수직하는 축에 대하여 상기 마스터 디스크를 회전시키는 단계와;
    회전하는 마스터 디스크를 향하는 공기 베어링 표면(ABS)을 구비한 공기 베어링 슬라이더 상에서 상기 개구 구조를 지지하는 단계로서, 상기 개구는 상기 마스터 디스크의 회전 시에 상기 레지스트 층으로부터 상기 특정 파장보다 작게 유지되는 것인 개구 구조 지지 단계와;
    상기 특정 파정에서 레이저 광선의 펄스를 상기 개구에 지향시켜 상기 레지스트의 영역을 가열시키는 레이저 펄스 지향 단계
    를 포함하는 마스터 디스크 패터닝 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 내부에 개구를 구비한 재료를 포함하는 개구 구조 마 련 단계는 상기 개구를 둘러싸는 주기적인 주름을 갖는 금속막을 마련하는 단계를 포함하는 것인 마스터 디스크 패터닝 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 내부에 개구를 구비한 재료를 포함하는 개구 구조 마련 단계는 C자형, E자형, H자형 및 보티에 형상으로 이루어진 그룹에서 선택된 형상을 갖는 개구를 구비한 금속막을 마련하는 단계를 포함하는 것인 마스터 디스크 패터닝 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 열 레지스트 층을 구비한 마스터 디스크 마련 단계는 인듐 위에 비스무스가 있는 2중층을 구비한 마스터 디스크를 마련하는 단계를 포함하는 것인 마스터 디스크 패터닝 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 레이저 펄스 지향 단계는 레이저 펄스를, 인치 당 열 레지스트의 약 50만 또는 백만 가열 영역 사이에서 발생시키는 비율로 지향시키는 단계를 포함하는 것인 마스터 디스크 패터닝 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 레이저 펄스 지향 단계는 펄스 길이가 약 10 피코초 내지 10 나노초의 범위에 있는 레이저 펄스를 발생시키는 단계를 포함하는 것인 마스터 디스크 패터닝 방법.
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