KR20090033726A - 표면 플라즈몬을 이용한 나노 패터닝 방법, 이를 이용한나노 임프린트용 마스터 및 이산 트랙 자기기록매체의제조방법 - Google Patents

표면 플라즈몬을 이용한 나노 패터닝 방법, 이를 이용한나노 임프린트용 마스터 및 이산 트랙 자기기록매체의제조방법 Download PDF

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Abstract

나노 패터닝 방법, 이를 이용한 이를 이용한 나노 임프린트용 마스터 및 이산 트랙 자기기록매체의 제조방법이 개시된다. 개시된 나노 패터닝 방법은 (가) 기판 위에 식각대상물질층, 포토리지스트층 및 소정 주기로 반복 배열된 구조의 제1패턴 형상으로 패턴된 금속층을 순차 형성하는 단계; (나) 상기 패턴된 금속층에 표면 플라즈몬이 여기되어 상기 포토리지스트 층이 제2패턴 형상으로 노광되도록 광을 조사하는 단계; (다) 상기 패턴된 금속층을 제거하고, 상기 포토리지스트층을 현상하는 단계; (라) 상기 제2패턴으로 패턴된 포토리지스트층을 마스크로 하여 상기 식각대상물질층을 식각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

표면 플라즈몬을 이용한 나노 패터닝 방법, 이를 이용한 나노 임프린트용 마스터 및 이산 트랙 자기기록매체의 제조방법{Nano-patterning method using surface plasmon effect and method for manufacturing of nano-imprint master and discrete track magnetic recording media employing the nano-patterning method }
본 발명은 표면 플라즈몬 효과를 이용하여 높은 패턴 밀도를 구현하는 나노 패터닝 방법과 이를 이용하여 나노 패턴을 복제할 수 있는 나노 임프린트용 마스터 및 고밀도 자기기록용 이산 트랙 자기기록매체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근, 미세 선폭을 구현할 수 있는 나노 패터닝 방법에 대한 관심이 높아지고 있다. 예를 들어, 반도체 장치에서는 높은 집적도를 이루기 위하여 단위 면적에 보다 많은 소자들을 배치하는 것이 요구되며, 이를 위하여 고밀도의 미세 패턴을 형성하는 공정의 개발을 필요로 한다.
또한, 자기기록분야에서도 하드디스크 드라이브의 고기록밀도화가 요구됨에 따라 이에 부응할 수 있는 기록매체로 이산 트랙 매체, 비트 패턴 매체와 같은 패턴 매체들이 개발되고 있다. 패턴 매체로는 정보가 기록되는 기록영역이 트랙 단위 로 이격되는 형태의 이산 트랙 매체(discrete track media), 기록영역이 비트 단위로 이격된 구조의 비트 패턴 매체(bit patterned media)가 있으며, 이들을 제조하기 위해서는 미세 패턴을 형성하는 공정이 필수적으로 요구된다.
이와 같은 미세 패턴을 일반적인 포토 리소그라피 공정에 의해 형성하는 것은 한계가 있어, 전자빔 리소그라피나 나노 임프린트를 이용하는 방법들에 대한 연구가 진행되고 있다.
도 1a 내지 도 1d는 전자빔 리소그라피를 이용하는 일반적인 나노 패터닝 방법을 설명하는 도면이다. 도면을 참조하면, 도 1a와 같이 먼저, 기판(10) 위에 식각대상물질층(20)과 전자빔 리지스트층(30)을 형성한다. 다음, 도 1b와 같이, 제조하고자 하는 패턴 형상에 따라 전자빔을 조사하는 노광 공정 후, 도 1c과 같이 현상하여 리지스트층(30)에 패턴을 형성한다. 다음, 패턴된 리지스트층(30)을 마스크로 하여 식각대상물질층(20)을 식각하고, 리지스트층(30)을 제거하면 도 1d와 같이 나노 패턴이 형성된다. 식각대상물질층(20)에 보다 깊은 구조의 패턴을 안정적으로 구현하고자 하는 경우에는 식각대상물질층(20)과 리지스트층(30) 사이에 SiO2와 같은 하드마스크층을 더 형성하고 리지스트층(30)의 패턴을 하드마스크층에 전사한 후 식각대상물질층(20)을 식각하여 미세패턴을 형성하는 것도 가능하다.
전자빔 리소그라피를 이용하는 상기와 같은 제조방법은 일반적인 포토 리소그라피 공정과 비교할 때 미세 선폭을 보다 정밀하게 제어할 수 있다는 이점이 있으나, 패턴 밀도가 높아짐에 따라 더 높은 분해능과 더 많은 노광시간이 필요하여 높은 공정비용이 발생하며, 결함(defect)수가 증가할 확률이 높아진다.
본 발명은 상술한 필요성에 따라 안출된 것으로, 표면 플라즈몬 효과를 이용하여 미세 선폭과 높은 패턴 밀도를 구현하는 나노 패터닝 방법과 이를 이용하여 나노임프린트용 마스터 및 이산트랙 자기기록매체를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 나노 패터닝 방법은 (가) 기판 위에 식각대상물질층, 포토리지스트층 및 소정 주기로 반복 배열된 구조의 제1패턴 형상으로 패턴된 금속층을 순차 형성하는 단계; (나) 상기 패턴된 금속층에 표면 플라즈몬이 여기되어 상기 포토리지스트 층이 제2패턴 형상으로 노광되도록 큰 광을 조사하는 단계; (다) 상기 패턴된 금속층을 제거하고, 상기 포토리지스트층을 현상하는 단계; (라) 상기 제2패턴으로 패턴된 포토리지스트층을 마스크로 하여 상기 식각대상물질층을 식각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 나노 임프린트용 마스터 제조방법은 (가) 기판 위에 포토리지스트층 및 소정 주기로 반복 배열된 구조의 제1패턴 형상으로 패턴된 금속층을 순차 형성하는 단계; (나) 상기 패턴된 금속층에 표면 플라즈몬이 여기되어 상기 포토리지스트 층이 제2패턴 형상으로 노광되도록 광을 조사하는 단계; (다) 상기 패턴된 금속층을 제거하고, 상기 포토리지스트층을 현상하는 단계; (라) 상기 제2패턴으로 패턴된 포토리지스트층을 마스크로 하여 상기 기판을 식각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이산 트랙 자기기록매체의 제조방법은 (가) 기판 위에 하지층, 기록층, 포토리지스트층 및 동심원을 이루는 라인 패턴이 소정 주기로 반복 배열된 구조의 제1패턴 형상으로 패턴된 금속층을 순차 형성하는 단계; (나) 상기 패턴된 금속층에 표면 플라즈몬이 여기되어 상기 포토리지스트 층이 제2패턴 형상으로 노광되도록 광을 조사하는 단계; (다) 상기 패턴된 금속층을 제거하고, 상기 포토리지스트층을 현상하는 단계; (라) 상기 제2패턴으로 패턴된 포토리지스트층을 마스크로 하여 상기 기록층을 식각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 나노 패터닝 방법에 의하면, 저밀도 패턴을 먼저 형성한 후 이로부터 고밀도의 패턴을 구현하므로 미세한 패턴을 보다 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 이를 이용하여 상대적으로 낮은 비용으로 패턴 밀도가 높은 나노 임프린트용 마스터를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이산트랙 자기기록매체의 제조방법에 의하면, 상기 나노 패터닝 방법을 이용하여 분리된 기록영역을 갖도록 기록층을 패터닝함으로써 기존의 방법에 비해 대략 2배 이상의 기록밀도에 대응할 수 있는 자기기록매체를 제조할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 2a 내지 도 2k는 본 발명의 실시예에 의한 나노 패터닝 방법을 설명하는 도면이다. 도 2a를 참조하면, 먼저, 기판(110) 위에 식각대상물질층(120), 포토리지스트층(140), 금속층(150), 폴리머층(160)을 형성한다. 식각대상물질층(120)과 포토리지스트층(140) 사이에는 노광 공정시 조사된 광이 기판(110)으로부터 반사되어 포토리지스트층(140)을 다시 노광시키는 것을 방지하기 위해 BARC(Bottom antireflective coating)와 같은 반사방지막(130)이 더 구비될 수 있다. 금속층(150)은 후술하는 단계에서 표면 플라즈몬을 여기하여 포토리지스트층(140)을 노광하기 위해 형성되는 것으로, 예를 들어, Au, Al, Ag, Cr, Ni, Ti, Ta, W 중 어느 하나의 금속으로 형성될 수 있다. 금속층(150)은 스퍼터(sputter), PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition), ALD(Atomic Layer Deposition)와 같은 공정을 사용하여 형성할 수 있다. 폴리머층(160)은 소정 패턴을 갖도록 패터닝 된 후 금속층(150)을 식각하는 마스크로 사용되기 위한 것으로, 폴리머층(160)을 패터닝하는 방법에 따라 적절한 물질로 선택된다. 예를 들어, 자외선 경화성 폴리머 또는 열 경화성 폴리머 재질로 된 나노임프린트용 레진이 채용될 수 있다. 구체적으로, 광개시제(photo initiator)가 함유된 아크릴레이트(acylate) 계열의 유기 폴리머(organic polymer) 또는 유기-무기 하이브리드 폴리머(organic-inorganic hybrid polymer)를 사용할 수 있고, 광디바이스용의 자외선 경화성 네거티브 포토 리지스트(negative photoresist)를 사용할 수 있다. 또한, PMMA(polymethylmethacrylate)와 같은 열 임프린트 레진(thermal imprint resin), HSQ(hydrogen silsesquioxane)와 같은 무기 스핀-온-글래스 폴리머(inorganic spin-on-glass polymer)를 사용할 수 있다. 폴리머층(160)의 형성은 디스펜싱(dispensing), 스핀 코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating), 딥 코팅(dip coating), 잉크젯 코팅(ink jet coating) 또는 진공 증착(vacuum deposition)등의 방법을 사용할 수 있다. 또한, 전자빔 리소그라피 (Electron beam lithography)에 의해 패터닝하는 경우에는 폴리머층(160)을 전자빔 리지스트 물질로 형성한다.
다음, 도 2b와 같이 소정 패턴이 형성된 나노 임프린트용 마스터(190)를 준비한다. 마스터(190)는 예를 들어, Si, Quartz, Ni와 같은 재질로 형성되며, 폴리머층(160)에 형성하고자 하는 제1패턴이 음각된 형상으로 되어 있다. 제1패턴은 예를 들어 라인 패턴이 소정 주기로 반복된 형상을 가지며, 식각대상물질층(120)에 형성하고자 하는 제2패턴에 비해 낮은 패턴 밀도를 갖도록 한다. 예를 들어, 제1패턴의 선폭은 제2패턴의 선폭보다 크게 할 수 있고, 패턴이 반복된 주기를 제2패턴의 주기의 수배 정도로 크게 할 수 있다.
다음, 도 2c와 같이 마스터(190)를 폴리머층(160) 위에 올려놓고 임프린트 하며, 이 때, UV(Ultraviolet ray)를 조사하며, 폴리머층(160)의 재질에 따라 열을 가하는 것도 가능하다. 이에 의해, 도 2d와 같이 제1패턴으로 폴리머층(160)이 패터닝 된다.
여기서, 폴리머층(160)을 제1패턴으로 패터닝하는 방법에 대해서는 나노 임프린트 방법을 예시하여 설명하였으나, 폴리머층(160)을 전자빔 리지스트 물질로 형성하고, 전자빔 리소그라피에 의해 패터닝하는 것도 가능하다.
다음, 상기 패턴된 폴리머층(160)을 마스크로 하여 금속층(150)을 식각하고, 폴리머층(160)을 제거하면, 도 2e와 같이 금속층(150)이 제1패턴으로 패터닝 된다. 금속층(150)의 식각은 습식 식각, 이온 빔 밀링(ion beam milling) 또는 플라즈마 RIE(reactive ion etching) 공정에 의해 행해질 수 있다.
다음, 도 2f는 금속층(150)의 표면에 표면 플라즈몬(Surface Plasmon)을 여기시켜 포토리지스트층(140)을 노광하는 단계이다. 표면 플라즈몬이 여기되는 조건에 대해서는 다양한 분야에서 연구되어져 왔고, 예를 들어, 소형 슬릿이 반복 형성된 금속 박막에 슬릿의 배열 주기보다 충분히 큰 파장의 광이 입사하는 경우, 슬릿을 가로지르는 방향으로 편광된 광은 표면 플라즈몬을 여기시키는 것이 알려져 있다. 본 발명은 이와 같은 표면 플라즈몬 효과를 이용하여 포토리지스트층(140)을 노광시키는 것이다. 즉, 라인 패턴이 반복 배열된 구조의 제1패턴으로 패턴된 금속층(150)에 패턴 주기(T)보다 충분히 큰 파장의 광, 바람직하게는 4T 이상의 파장을 가지는 광이 입사하는 경우, 금속층(150)의 표면에서는 표면 플라즈몬이 여기되고 이는 표면 플라즈몬 파(Surface Plasmon Wave)의 형태로 금속층(150)의 표면을 따라 포토리지스트층(140)에 광에너지를 전달한다. 여기서, 금속층(150)을 여기하는데 기여하는 광은 제1패턴이 반복 배열된 방향, 즉, 라인 패턴의 길이 방향에 수직인 방향으로 편광된 광이며, 도시한 바와 같은 P 편광의 광이다. 그러나, 이를 위 하여 입사광을 P 편광으로 편광시켜 조사하여야 하는 것은 아니다. 무편광의 광, 즉, 임의의 편광이 랜덤하게 존재하는 광을 조사하는 경우, P 편광 이외의 편광상태의 광은 패턴된 금속층(150)을 투과하지 못하며, P 편광의 광만 표면 플라즈몬을 여기하는데 기여하기 때문이다. 다만, 효율을 고려하여, 편광판을 이용하여 P 편광의 광만을 조사하는 것도 가능하다. 포토리지스트층(140)에 형성되는 노광 패턴은 포토리지스트층(140)에 전달되는 광에너지의 분포 패턴에 의해 결정되며, 상기 광에너지의 분포 패턴은 패턴된 금속층의 패턴 주기(T), 두께(t), 선폭(w)에 의해 달라진다. 예를 들어, 도 2g에 도시한 바와 같이 금속층(150) 표면 양쪽에 소정 선폭으로 포토리지스트층(140)이 노광되는 분포가 되거나, 또는 도 2h에 도시한 바와 같이, 이웃하는 표면에서 발생하는 표면 플라즈몬 파의 상호작용에 의해 패턴 사이의 중간 부분이 노광되는 분포가 될 수 있다. 도시한 두 가지 패턴은 예시적인 것이며, 제1패턴의 금속층(150)의 패턴 주기(T), 두께(t), 선폭(w)을 적절히 조절함으로써 노광 패턴은 다양하게 변형될 수 있다. 어느 경우나, 포토리지스트층(140)을 노광시키는 광에너지는 금속층(150)의 표면을 따라서만 포토리지스트층(140)에 전달되는 것이므로, 금속층(150)의 선폭에 비해 작은 선폭을 가지며, 패턴간의 간격도 줄어든 형태의 노광 패턴을 형성하게 된다. 예를 들어, 포토리지스트층(140)에 형성된 패턴의 패턴 밀도는 금속층(150)의 패턴 밀도보다 적어도 2배 이상이 된다. 포토리지스트층(140)에 형성된 노광 패턴은 식각대상물질층(120)에 형성하고자 하는 제2패턴이 된다.
금속층(150)을 스트립하면 도 2i와 같은 형상이 되며, 다음, 포토리지스트 층(140)을 현상하면, 도 2j와 같이 포토리지스트층(140)은 제2패턴으로 패턴된 형상을 가지게 된다. 포토리지스트층(140)의 현상시 금속층(150)을 함께 제거하는 것도 가능하다.
다음, 패턴된 포토리지스트층(140)을 마스크로 하여 O2 플라즈마 애싱에 의해 반사방지막(130)을 제거 및 RIE와 같은 건식 식각을 통하여 식각대상물질층(120)을 식각한 후, 남아 있는 포토리지스트층(140) 및 반사방지막(130)을 제거하면 도 2k와 같이 식각대상물질층(120)이 제2패턴으로 형성된다.
도 3a 내지 도 3j는 본 발명의 실시예에 의한 나노임프린트용 마스터의 제조방법을 설명하는 도면이다. 마스터는 소정의 미세 패턴 구조를 다량 복제할 수 있도록 제조되는 것으로, 본 발명의 나노 패터닝 방법을 이용하여 제조할 수 있다.
도 3a를 참조하면, 기판(210) 위에 포토리지스트층(240), 금속층(250), 폴리머층(260)을 형성한다. 기판(210)과 포토리지스트층(240) 사이에는 노광 공정시 조사된 광이 기판(210)으로부터 반사되어 포토리지스트층(240)을 다시 노광시키는 것을 방지하기 위해 BARC(Bottom antireflective coating)와 같은 반사방지막(230)이 더 구비될 수 있다. 기판(210)은 Si, Quartz, Ni와 같은 재질로 형성된다. 금속층(250)은 표면 플라즈몬을 여기하여 포토리지스트층(240)을 노광하기 위해 형성되는 것으로, 예를 들어, Au, Al, Ag, Cr, Ni, Ti, Ta, W 중 어느 하나의 금속으로 형성될 수 있다. 폴리머층(260)은 소정 라인 패턴을 갖도록 패터닝 된 후 금속층(250)을 식각하는 마스크로 사용되기 위한 것으로, 폴리머층(260)을 패터닝하는 방법에 따라 적절한 물질로 선택되며, 예를 들어, 전자빔 리지스트 물질로 형성한다.
다음, 도 3b와 같이 전자빔(E-beam)을 조사하여, 폴리머층(260)을 제1패턴으로 노광한다. 제1패턴은 예를 들어 라인 패턴이 소정 주기로 반복된 형상을 가지며, 제조하고자 하는 마스터에 형성되는 제2패턴에 비해 낮은 패턴 밀도를 갖도록 한다. 제1패턴의 선폭은 제2패턴의 선폭보다 크게 할 수 있고, 패턴이 반복된 주기를 제2패턴의 주기의 수배 정도로 크게 할 수 있다.
다음, 도 3c와 같이 폴리머층(260)을 현상하고, 제1패턴으로 패턴된 폴리머층(260)을 마스크로 하여 금속층(250)을 식각하면, 도 3d와 같이, 금속층(250)이 제1패턴으로 패터닝된다.
여기서, 폴리머층(260)을 제1패턴으로 패터닝하는 방법에 대해서는 전자빔 리소그라피 방법을 예시하여 설명하였으나, 폴리머층(260)을 나노 임프린트 방법에 의해 제1패턴으로 패터닝하는 것도 가능하다.
다음, 도 3e와 같이, 패턴된 금속층(250)의 표면에 표면 플라즈몬이 여기되도록 광을 조사한다. 패턴 주기(T), 두께(t), 선폭(w)을 적절히 조절하여 포토리지스트층(240)의 노광 패턴을 조절할 수 있으며, 예를 들어, 표면플라즈몬파에 의해 전달되는 광에너지에 의한 노광 패턴은 도 3f 또는 도 3g와 같은 패턴이 될 수 있다. 다음, 금속층(350)을 스트립하면, 도 3h와 같은 형상이 된다. 다음, 도 3i와 같이 포토리지스트층(340)을 현상하고, 제2패턴으로 패턴된 포토리지스트층(340)을 마스크로 하여 반사방지막(330)의 제거 및 기판(310)을 식각한 후, 남은 포토리지 스트층(340)과 반사방지막(330)을 제거하면, 도 3j와 같은 제2패턴을 가지는 마스터가 제조된다. 이렇게 제조된 마스터는 도 3b에서 전자빔 리소그라피에 의해 형성한 제1패턴에 비해 높은 패턴 밀도를 갖도록 형성되며, 이를 이용하여 미세패턴을 다량 복제할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 제조하고자 하는 이산트랙 자기기록매체의 개략적인 구조를 보이는 도면이고, 도 5a 내지 도 5l은 본 발명의 실시예에 의한 이산트랙 자기기록매체의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 이산트랙 자기기록매체는 기록층이 동심원 상의 라인 패턴을 따라 패터닝된 구조이며, 도 5a 내지 도 5l에서 설명하는 도면은 AA' 라인의 단면도이다.
도 5a를 참조하면, 먼저, 기판(310) 위에 하지층(315), 기록층(320), 포토리지스트층(340), 금속층(350), 폴리머층(360)을 순차 형성한다. 기록층(320)과 포토리지스트층(340) 사이에는 노광 공정시 조사된 광이 기판(310)으로부터 반사되어 포토리지스트층(340)을 다시 노광시키는 것을 방지하기 위해 BARC(Bottom antireflective coating)와 같은 반사방지막(330)이 더 구비될 수 있다. 하지층(315)은 예를 들어, Ni나 Fe를 포함하여 이루어지는 연자성층 및 Ru와 같은 물질로 이루어지는 중간층을 포함한다. 기록층(320)으로는 수직자기이방성이 좋은 자성물질, 예를 들어, Co, Fe, Pt, Pd 중 어느 하나 이상을 포함하는 자성물질이 채용된다. 금속층(350)은 표면 플라즈몬을 여기하여 포토리지스트층(340)을 노광하기 위해 형성되는 것으로, 예를 들어, Au, Al, Ag, Cr, Ni, Ti, Ta, W 중 어느 하나의 금속으로 형성될 수 있다. 폴리머층(360)은 소정 라인 패턴을 갖도록 패터닝 된 후 금속층(350)을 식각하는 마스크로 사용되기 위한 것으로, 폴리머층(360)을 패터닝하는 방법에 따라 적절한 물질로 선택된다. 예를 들어, 자외선 경화성 폴리머 또는 열 경화성 폴리머 재질로 된 나노임프린트용 레진이 채용될 수 있다.
다음, 도 5b와 같이 소정 패턴이 형성된 나노 임프린트용 마스터(390)를 준비한다. 마스터(390)는 예를 들어, Si, Quartz, Ni와 같은 재질로 형성되며, 폴리머층(360)에 형성하고자 하는 제1패턴이 음각된 형상으로 되어 있다. 제1패턴은 기록층(320)에 형성하고자 하는 제2패턴에 비해 낮은 패턴 밀도를 갖도록 한다.
다음, 도 5c와 같이 마스터(390)를 폴리머층(360) 위에 올려놓고 임프린트 하며, 이 때, UV(Ultraviolet ray)를 조사한다. 폴리머층(360)의 재질에 따라 임프틴트 공정시 열을 가하는 것도 가능하다. 임프린트 단계 후에, 도 5d와 같이 제1패턴으로 폴리머층(360)이 패터닝 된다.
여기서도, 폴리머층(360)을 제1패턴으로 패터닝하는 것은 나노임프린트 방법뿐 아니라, 폴리머층(360)을 전자빔 리지스트 물질로 형성하고, 전자빔 리소그라피에 의해 패터닝하는 것도 가능하다.
다음, 상기 패턴된 폴리머층(360)을 마스크로 하여 금속층(350)을 식각하고, 폴리머층(360)을 제거하면, 도 5e와 같이 금속층(350)이 제1패턴으로 패터닝 된다.
다음, 도 5f와 같이 패턴된 금속층(350)의 표면에 표면 플라즈몬이 여기되도록 광을 조사한다. 조사하는 광의 파장은 제1패턴의 주기에 비해 큰 파장, 바람직하게는 4T 이상의 주기를 갖도록 한다. 금속층(350)에 표면 플라즈몬을 여기하는 데 기여하는 광은 제1패턴이 반복 배열된 방향, 즉, 라인 패턴의 길이 방향에 수직인 방향이며, 도시한 바와 같은 P 편광의 광이다. 그러나, 이를 위하여 입사광을 P 편광으로 편광시켜 조사하여야 하는 것은 아니다. 무편광의 광, 즉, 임의의 편광이 랜덤하게 존재하는 광을 조사하는 경우, P 편광 이외의 편광상태의 광은 패턴된 금속층(350)을 투과하지 못하며, P 편광의 광만 표면 플라즈몬을 여기하는데 기여하기 때문이다. 다만, 효율을 고려하여, 편광판을 이용하여 P 편광의 광만을 조사하는 것도 가능하다.
도 5g는 P 편광의 광을 조사하는 방법을 예시한 도면이다. 도면을 참조하면, 무편광의 광이 편광판(480)을 통해 P 편광의 광으로 금속층(350)에 입사된다. 이 때, 금속층(350)의 라인 패턴은 동심원을 형성하는 패턴이므로, 광이 조사되는 동안, 상기 층들이 형성된 기판(310)을 상기 동심원의 축(Z축)을 회전축으로 회전하는 회전스테이지(470)에 올린 후, 예를 들면, 스핀들 모터와 같은 제1구동부에 의해 회전 구동되게 할 수 있다. 이와 같이 광을 조사하면 동심원 상의 라인 패턴의 어느 부분에서나 라인 패턴이 반복 배열된 방향, 즉, 반경방향(R방향)의 편광을 갖는 광이 입사되게 된다. 편광판(480)의 반경방향의 길이가 기판(310)의 반경을 커버하는 길이가 되지 않는 경우, 편광판(480)을 제2구동부에 의해 반경방향으로 움직이면서 광을 조사하는 것도 가능하다.
P 편광의 광에 의해 금속층(350)의 표면에 여기된 표면 플라즈몬은 금속층(350)의 표면을 따라 포토리지스트층(340)에 광에너지를 전달하여 노광 패턴을 형성한다. 금속층(350)의 제1패턴의 주기(T), 두께(t), 선폭(w)을 적절히 조절하여 포토리지스트층(340)의 노광 패턴을 조절할 수 있으며, 예를 들어, 표면플라즈몬파에 의해 전달되는 광에너지에 의한 노광 패턴은 예를 들어, 도 5h에 도시한 바와 같이 금속층(350) 표면 양쪽에 소정 선폭으로 포토리지스트층(340)이 노광되는 분포가 되거나, 또는 도 5i에 도시한 바와 같이, 이웃하는 표면에서 발생하는 표면 플라즈몬 파의 상호작용에 의해 패턴 사이의 중간 부분이 노광되는 분포가 될 수 있다. 도시한 두 가지 패턴은 예시적인 것이며, 제1패턴의 금속층(350)의 패턴 주기(T), 두께(t), 선폭(w)을 적절히 조절함으로써 노광 패턴은 다양하게 변형될 수 있다. 어느 경우나, 포토리지스트층(340)을 노광시키는 광에너지는 금속층(350)의 표면을 따라서만 포토리지스트층(340)에 전달되는 것이므로, 금속층(350)의 선폭에 비해 작은 선폭을 가지며, 패턴간의 간격도 줄어든 형태의 노광 패턴을 형성하게 된다. 예를 들어, 포토리지스트층(340)에 형성된 패턴의 패턴 밀도는 금속층(350)의 패턴 밀도보다 적어도 2배 이상이 된다.
다음, 금속층(350)을 스트립하면 도 5j와 같은 형상이 된다. 다음, 도 5k와 같이 포토리지스트층(340)을 현상하고, 제2패턴으로 패턴된 포토리지스트층(340)을 마스크로 하여 반사방지막(330)의 제거 및 기록층(320)을 식각한 후, 남은 포토리지스트층(340)과 반사방지막(330)을 제거하면, 도 5l과 같이 기록층(320)이 제2패턴으로 패턴된 이산 트랙 자기기록매체가 제조된다.
기록층(320) 위에는 미도시되었지만 기록층(320)을 외부로부터 보호하는 보호막과 보호막의 마모를 막는 윤활막이 일반적으로 더 형성되며, 이 단계는 도 5l이후에 행해질 수 있다. 또는, 도 5a 단계에서 기록층(320) 위에 보호막과 윤활막 을 먼저 형성한 후 다음 단계들을 진행하는 것도 가능하다.
이상 설명에 따라 제조된 이산 트랙 자기기록매체는 낮은 패턴 밀도인 제1패턴을 형성한 후 보다 높은 패턴 밀도를 구현하게 되므로, 보다 용이하게 고밀도의 패턴을 형성할 수 있어 고밀도 자기기록에 적합한 이산트랙 자기기록매체를 제공하게 된다.
이러한 본원 발명인 나노 패터닝 방법, 이를 이용한 마스터 및 이산 트랙 자기기록매체의 제조방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1a 내지 도 1d는 미세 패턴을 형성하는 일반적인 방법을 설명하는 도면이다.
도 2a 내지 도 2k는 본 발명의 실시예에 의한 나노 패터닝 방법을 설명하는 도면이다.
도 3a 내지 도 3j는 본 발명의 실시예에 의한 나노임프린트용 마스터의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 제조하고자 하는 이산트랙 자기기록매체의 개략적인 구조를 보이는 도면이다.
도 5a 내지 도 5l은 본 발명의 실시예에 의한 이산트랙 자기기록매체의 제조방법을 설명하는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110,210,310... 기판 120... 식각대상물질층
130,230,330... 반사방지막 140,240,340... 포토리지스트층
150,250,350... 금속층 160,260,360... 폴리머층
315... 하지층 320... 기록층

Claims (35)

  1. (가) 기판 위에 식각대상물질층, 포토리지스트층 및 소정 주기로 반복 배열된 구조의 제1패턴 형상으로 패턴된 금속층을 순차 형성하는 단계;
    (나) 상기 패턴된 금속층에 표면 플라즈몬이 여기되어 상기 포토리지스트 층이 제2패턴 형상으로 노광되도록 광을 조사하는 단계;
    (다) 상기 패턴된 금속층을 제거하고, 상기 포토리지스트층을 현상하는 단계;
    (라) 상기 제2패턴으로 패턴된 포토리지스트층을 마스크로 하여 상기 식각대상물질층을 식각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 패터닝 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1패턴은 라인(line) 패턴인 것을 특징으로 하는 나노 패터닝 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2패턴의 패턴밀도는 상기 제1패턴의 패턴밀도보다 높은 것을 특징으로 하는 나노 패터닝 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (가) 단계는,
    상기 포토리지스트층 위에 금속층 및 폴리머층을 순차 형성하는 단계;
    상기 폴리머층을 상기 제1패턴 형상으로 형성하는 단계;
    상기 제1패턴으로 패턴된 폴리머층을 마스크로 하여 상기 금속층을 식각하고, 상기 폴리머층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 패터닝 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1패턴 형상이 음각된 마스터를 사용한 임프린트에 의해 상기 폴리머층을 상기 제1패턴 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 나노 패터닝 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    전자빔 리소그라피에 의해 상기 폴리머층을 상기 제1패턴 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 나노 패터닝 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (가) 단계는,
    상기 식각대상물질층과 상기 포토리지스트층 사이에 반사방지막을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 나노 패터닝 방법.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (나) 단계는,
    상기 제1패턴이 반복 배열된 방향으로 편광된 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 나노 패터닝 방법.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (나) 단계는,
    상기 제1패턴의 주기보다 큰 파장의 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 나노 패터닝 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 파장은 상기 제1패턴 주기의 4배 이상인 것을 특징으로 하는 나노 패터닝 방법.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속층은 Au, Al, Ag, Cr, Ni, Ti, Ta 및 W 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 패터닝 방법.
  12. (가) 기판 위에 포토리지스트층 및 소정 주기로 반복 배열된 구조의 제1패턴 형상으로 패턴된 금속층을 순차 형성하는 단계;
    (나) 상기 패턴된 금속층에 표면 플라즈몬이 여기되어 상기 포토리지스트 층이 제2패턴 형상으로 노광되도록 광을 조사하는 단계;
    (다) 상기 패턴된 금속층을 제거하고, 상기 포토리지스트층을 현상하는 단계;
    (라) 상기 제2패턴으로 패턴된 포토리지스트층을 마스크로 하여 상기 기판을 식각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스터 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1패턴은 라인(line) 패턴인 것을 특징으로 하는 나노 패터닝 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2패턴의 패턴밀도는 상기 제1패턴의 패턴밀도보다 높은 것을 특징으로 하는 나노 패터닝 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 (가) 단계는,
    상기 포토리지스트층 위에 금속층 및 폴리머층을 순차 형성하는 단계;
    상기 폴리머층을 상기 제1패턴 형상으로 형성하는 단계;
    상기 제1패턴으로 패턴된 폴리머층을 마스크로 하여 상기 금속층을 식각하고, 상기 폴리머층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스터 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1패턴 형상이 음각된 마스터를 사용한 임프린트에 의해 상기 폴리머층을 상기 제1패턴 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 마스터 제조방법.
  17. 제15항에 있어서,
    전자빔 리소그라피에 의해 상기 폴리머층을 상기 제1패턴 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 마스터 제조방법.
  18. 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (가) 단계는,
    상기 기판과 상기 포토리지스트층 사이에 반사방지막을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 마스터 제조방법.
  19. 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (나) 단계는,
    상기 제1패턴이 반복 배열된 방향으로 편광된 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 마스터 제조방법.
  20. 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (나) 단계는,
    상기 제1패턴의 주기보다 큰 파장의 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 마스터 제조방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 파장은 상기 제1패턴 주기의 4배 이상인 것을 특징으로 하는 마스터 제조방법.
  22. 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항 에 있어서,
    상기 금속층은 Au, Al, Ag, Cr, Ni, Ti, Ta 및 W 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 마스터 제조방법
  23. (가) 기판 위에 하지층, 기록층, 포토리지스트층 및 동심원을 이루는 라인 패턴이 소정 주기로 반복 배열된 구조의 제1패턴 형상으로 패턴된 금속층을 순차 형성하는 단계;
    (나) 상기 패턴된 금속층에 표면 플라즈몬이 여기되어 상기 포토리지스트 층이 제2패턴 형상으로 노광되도록 광을 조사하는 단계;
    (다) 상기 패턴된 금속층을 제거하고, 상기 포토리지스트층을 현상하는 단계;
    (라) 상기 제2패턴으로 패턴된 포토리지스트층을 마스크로 하여 상기 기록층을 식각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산 트랙 자기기록매체의 제조방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제2패턴의 패턴밀도는 상기 제1패턴의 패턴밀도보다 높은 것을 특징으로 하는 나노 패터닝 방법.
  25. 제23항에 있어서, 상기 (가) 단계는,
    상기 포토리지스트층 위에 금속층 및 폴리머층을 순차 형성하는 단계;
    상기 폴리머층을 상기 제1패턴 형상으로 형성하는 단계;
    상기 제1패턴으로 패턴된 폴리머층을 마스크로 하여 상기 금속층을 식각하고, 상기 폴리머층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산 트랙 자기기록매체의 제조방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제1패턴 형상이 음각된 마스터를 사용한 임프린트에 의해 상기 폴리머층을 상기 제1패턴 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 이산 트랙 자기기록매체의 제조방법.
  27. 제25항에 있어서,
    전자빔 리소그라피에 의해 상기 폴리머을 상기 제1패턴 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 이산 트랙 자기기록매체의 제조방법.
  28. 제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (가) 단계는,
    상기 기록층과 상기 포토리지스트층 사이에 반사방지막을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 이산 트랙 자기기록매체의 제조방법.
  29. 제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (나) 단계는,
    상기 제1패턴이 반복 배열된 방향으로 편광된 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 이산 트랙 자기기록매체의 제조방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 기판을 상기 동심원의 축을 회전축으로 회전 구동하면서, 상기 제1패턴이 반복 배열된 방향의 편광축을 갖는 편광판을 통해 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 이산 트랙 자기기록매체의 제조방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 편광판을 상기 동심원의 반경방향을 따라 움직이도록 구동하며 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 이산 트랙 자기기록매체의 제조방법.
  32. 제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (나) 단계는,
    상기 제1패턴 주기보다 큰 파장의 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 이산 트랙 자기기록매체의 제조방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 파장은 상기 제1패턴 주기의 4배 이상인 것을 특징으로 하는 이산 트랙 자기기록매체의 제조방법.
  34. 제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속층은 Au, Al, Ag, Cr, Ni, Ti, Ta 및 W 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 이산 트랙 자기기록매체의 제조방법.
  35. 제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기록층은 Co, Fe, Pt, Pd 중 어느 하나 이상을 포함하는 자성물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이산 트랙 자기기록매체의 제조방법.
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