JP3638514B2 - 転写装置、転写用カートリッジ、及び転写方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は転写装置、転写用カートリッジ、及び転写方法に係わり、特にナノメートルレベルの精度で微細構造や磁気情報の転写が可能な転写装置、転写用カートリッジ、及び転写方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
光の回折限界を越えて、微細なリソグラフィーを実現するいわゆる超解像を利用する方法として近接場光を利用する方法が知られている。これには、微小な開口を有するプローブを用いる方法(特開平7−106229)や、よりスループットを上げるためにマスクをレジストに極めて近距離に置く方法(特開平8−179493)や密着させる方法がある。これに対して、光や電子線によるリソグラフィーではなくナノインプリンティングと呼ばれる方法が新しいナノ加工技術として提案されている。これはナノレベルで凹凸のある原盤を基板上のレジストなどに押しつけて加工する方法である。
【0003】
一方、ハードディスクドライブ(HDD)は、ドライブの内部に記録媒体であるディスクが固定されて、このディスクに対してデータの記録再生を実行するための磁気記録装置である。HDDは、ディスク上に予め記録されたサーボ情報により、磁気ヘッドをディスク上の目標位置(目標トラック)に位置決めする制御を行う。一般にサーボ情報は、ディスク上の円周方向に所定の間隔を持って配置されるサーボ領域(サーボセクタ)に記録される。また、サーボ領域は、ディスク上の全トラックに対して半径方向に設けられている。
【0004】
このようなHDDを製造する製造工程において、通常ではドライブ本体の筐体の内部にディスクとヘッドとが組み込まれた後に、サーボライタと称するサーボ書き込み装置によりディスク上にサーボ情報が記録される。ここでディスクはスピンドル機構に固定的に取り付けられる。またヘッドはボイスコイルモータにより駆動するヘッドアクチュエータに実装される。
【0005】
従来のサーボライタを使用してサーボ情報を書き込む方法は、ヘッドを移動制御して、ディスク上に設定される全トラックの各サーボ領域にサーボ情報を順次記録するため、製造工程の中でも長時間を要する工程の一つである.従って、サーボ情報の書き込み工程に要する時間を短縮化することは、HDDの製造工程の効率を向上させるために有効である。
【0006】
これを解決するための方法として、サーボ情報を予め記録した原盤を用意し、この原盤を使用して、ドライブに組込むための基板にサーボ情報をコピーする磁気転写方式を利用した方法が提案されている(例えば特開平7−78337号公報を参照)。この磁気転写方式では、原盤と基板とを密着させて、外部からバイアス磁界を加えることにより、原盤の磁化情報を基板に転写する方法である。
【0007】
上記の原盤を用いてナノインプリンティングにより基板を加工する方法の欠点は、原盤と基板のアライメントが困難であり、また一般にプレス機を高温にして加工するため、原盤や基板を加熱したり、冷却するのに時間がかかるという欠点があった。また、原盤と基板の剥離が困難である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、ナノインプリンティングでは、原盤と基板のアライメントが困難であり、また一般にプレス機を高温にして加工するため、原盤や基板を加熱したり冷却するのに時間がかかるという欠点があった。また、原盤と基板の剥離が困難である。
【0009】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、原盤と基板のアライメントが容易であり、原盤や基板を短時間で加熱・冷却ができ、また基板と原盤の剥離が容易である転写装置、転写用カートリッジ、及び転写方法を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
(構成)
前述した課題を解決するために、本発明の第1は、情報に相当するパターンを有する原盤を保持する原盤保持手段と、前記原盤の前記パターンが転写される基板を保持する基板保持手段と、前記原盤と前記基板間を固定する固定手段と、前記原盤と前記基板間に圧力を印加する圧力印加手段とを備え、前記原盤保持手段と前記基板保持手段と前記固定手段とは一体となって前記圧力印加手段に対して脱着可能に構成されていることを特徴とする転写装置を提供する。
【0011】
本発明の第1において、以下の構成を備えることが好ましい。
【0012】
(1)一体になった前記原盤保持手段と前記基板保持手段と前記固定手段とを前記圧力印加手段とその外部との間で搬送する搬送手段を備えること。
【0013】
(2)前記原盤保持手段と前記基板保持手段の少なくとも一方に、前記原盤と前記基板の少なくとも一方の温度制御を行う温度制御手段が設けられていること。
【0014】
(3)前記原盤及び前記基板間の相対位置を面内方向で制御する面内位置制御手段を備えること。
【0015】
また、本発明の第2は、情報に相当するパターンを有する原盤を保持する原盤保持手段と、前記原盤の前記パターンが転写される基板を保持する基板保持手段と、前記原盤と前記基板間を固定する固定手段とを備え、前記原盤保持手段と前記基板保持手段と前記固定手段とを一体として搬送可能に構成されていることを特徴とする転写用カートリッジを提供する。
【0016】
本発明の第2において、以下の構成を備えることが好ましい。
【0017】
(1)前記原盤保持手段と前記基板保持手段の少なくとも一方に、前記原盤と前記基板の少なくとも一方の温度制御を行う温度制御手段が設けられていること。
【0018】
(2)前記原盤保持手段と前記基板保持手段間に介在しかつ前記原盤及び前記基板の周囲に配置され、前記原盤と前記基板とを引き離す方向に弾性力を生ずる弾性体を備えること。
【0019】
また、本発明の第3は、情報に相当するパターンを有する原盤を保持する原盤保持行程と、前記原盤の前記パターンが転写される基板を保持する基板保持行程と、前記原盤と前記基板間を固定する固定行程と、前記原盤保持手段と前記基板保持手段と前記固定手段とを一体にして圧力印加部へ搬送する第1の搬送行程と、前記圧力印加部において前記原盤と前記基板間に圧力を印加する圧力印加行程と、前記原盤保持手段と前記基板保持手段と前記固定手段とを一体にして前記圧力印加部から外部へ搬送する第2の搬送行程とを具備することを特徴とする転写方法を提供する。
【0020】
本発明の第3において、以下の構成を備えることが好ましい。
【0021】
(1)前記第2の搬送行程の後に、前記固定行程により固定された前記原盤と前記基板間を引き離す行程と、前記基板保持手段から前記基板を取り出す行程とを備えること。
【0022】
(2)前記原盤と前記基板の少なくとも一方の温度制御を行う温度制御行程を備えること。
【0023】
(3)前記原盤及び前記基板間の相対位置を面内方向で制御する面内位置制御行程を備えること。
【0024】
(作用)
本発明によれば、原盤保持手段と基板保持手段と固定手段とは一体となって圧力印加手段に対して脱着可能に構成されているので、原盤と基板のアライメントが容易であり、原盤や基板を短時間で加熱・冷却ができ、また基板と原盤の剥離が容易である。
【0025】
プレスする手段としては一般に油圧を用いる方法が高い圧力をかけられることから好ましいが、原盤と基板のアライメントはその位置の測定を光学的、電気的な手段を用いた場合には、プレス装置と一体化することは困難である。したがって、原盤を保持する手段と、基板を保持する手段と、原盤と基板の平行方向(面内方向)の相対位置を固定する手段と、さらには原盤と基板の平行方向の相対位置を検出して制御する手段とが、プレスする手段とは分離されていれば、原盤と基板の平行方向の相対位置を精度よく決める手段を容易に用いることができる。
【0026】
また、プレス機のプレス台の熱容量は大きく、一方、一般にプレス時間は1分程度で十分である。したがって、本発明では熱容量の小さい原盤・基板ホルダーを用いることにより短時間で加熱、冷却ができる。また片側だけの急速な加熱や冷却が可能であり、熱膨張率の差を利用して原盤と基板の剥離を容易に行わせることができる。
【0027】
原盤や基板を保持する手段としては真空チャック方式によるものが好ましい。また、原盤や基板を保持するために、弾性体を介して保持することが好ましい。弾性体を介することにより均一に圧力がディスクに印可され、均一な磁気転写にとってより好ましい。弾性体としてはゴム類が好ましく、印可する圧力によって異なるが、位置合わせなどから透明なシリコンゴム膜が好ましい。ゴム膜にディスクを保持するための吸盤としての作用を持たせることも可能である。また、ゴム膜に適当に微小な穴を開け、真空でディスクを吸着させてもよい。
【0028】
原盤と基板の相対位置を検出する手段としては、光学顕微鏡、静電容量センサー、光学干渉位置センサーなどが特に好ましい。また基板と原盤の相対位置を自動的に制御するために、原盤もしくは基板の一方に凹部が、片方にそれにちょうどはまる凸部が表面に形成されて立体的に位置制御したり、両方の表面に親水性のパターンが形成され、水などの液体を介して親和エネルギー的に位置制御したりする手段を有することも好ましく、これらを組み合わせてもよい。また上記の凹部や凸部は原盤や基板に形成されてなくても原盤や基板を保持する手段に作製されていてもよい。後者の場合には原盤や基板を該保持手段に正確に位置決めして設置することが必要である。このためには保持ホルダーに凸部や凹部もしくは穴をつけ、それにはまるような穴や凹部や凸部を原盤や基板につけることが好ましい。
【0029】
原盤と基板の平行方向の相対位置を固定する手段としては、原盤と基板の間を減圧して大気圧を用いて略密着させる方法が最も好ましい。原盤を保持する手段と、基板を保持する手段を外枠で固定したり、クランプで止めることも好ましい。
【0030】
原盤と基板に圧力を印加する手段としては、油圧ポンプによるものが最も好ましい。油圧ポンプによる方法では原盤と基板の平面のゆがみやたわみを正して、精度良く転写することが可能である。
【0031】
本発明の転写装置は、原盤を保持する手段と、基板を保持する手段が一体化可能であり、該一体化された手段をプレス手段に搬送する手段を有していることを特徴としてもよい。一体化可能のカートリッジ式とすることにより、別の場所で原盤と基板の相対位置を高精度にアライメントした後、プレス手段に搬送した際にわずかなズレも防止することができる。
【0032】
本発明の転写装置は、原盤を保持する手段とプレスする手段の間、もしくは基板を保持する手段とプレスする手段の間に弾性体を有することを特徴としてもよい。弾性体を有することにより、均一に加重をかけることが可能となり、均一な転写ができると共に、装置の寿命を長くすることができる。
【0033】
本発明の転写装置は、原盤を保持する手段、および基板を保持する手段に加熱する手段および冷却する手段を有することを特徴としてもよい。これにより、加熱、冷却を短時間に行えると共に、原盤と基板に温度差を設けて、剥離を容易にすることが可能である。
【0034】
本発明の転写装置は、原盤の微細情報パターンが凹凸構造もしくは、磁気情報であることを特徴としてもよい。原盤の微細情報パターンが凹凸構造である場合には、原盤の凹凸構造よりも転写される基板に柔らかい材質を選べば、凹凸構造が基板に転写される。この場合には応力集中は比較的緩和されるが、原盤と基板が凹凸構造を介して密着するため剥離が困難となる。したがって、原盤と基板の間にフッ素系樹脂やシリコーン樹脂系の剥離材を介する方が好ましい。
【0035】
磁気情報の転写の場合には、その目的とするところはサーボ信号の基板(HDDディスク)への転写である。HDDに使用されるディスクは、近年の高紀録密度化に伴って、表面粗さが例えは20nm以下(グライドの高さ)の鏡面加工が要求されている。一般に、高記録密度化の実現には、ヘッドとディスク表面間の間隔(スペーシング)の低減化が必要である。このため、ディスクの表面は高度の鏡面性が要求されている。したがって、転写時や剥離時に基板に傷がつくことは極力さける必要がある。そのため磁気転写においては原盤は、特開平11-273070に示されるように平坦化された方が好ましい。
【0036】
さらに磁気転写の場合には磁場を印加する手段があることが好ましく、直流磁場および交流磁場の両者を印加できる方が好ましい。印加磁場の方向は転写する磁気信号がトラックの長手方向か垂直方向かによって異なる。
【0037】
本発明の転写方法は、情報に相当するパターンを有する原盤を保持する原盤保持行程と、前記原盤の前記パターンが転写される基板を保持する基板保持行程と、前記原盤と前記基板間を固定する固定行程と、前記原盤保持手段と前記基板保持手段と前記固定手段とを一体にして圧力印加部へ搬送する第1の搬送行程と、前記圧力印加部において前記原盤と前記基板間に圧力を印加する圧力印加行程と、前記原盤保持手段と前記基板保持手段と前記固定手段とを一体にして前記圧力印加部から外部へ搬送する第2の搬送行程とを具備することを特徴とする。
【0038】
このような工程を有することにより、上述したように基板と原盤の相対位置を精密に制御でき、その位置を保ったままプレスすることが可能であり、また加熱や冷却を短時間で行うことができる。
【0039】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【0040】
(第1の実施形態)
図1に本実施形態における原盤ホルダー及び基板ホルダー部1の構成を示す。図2に本実施形態で示す転写装置の構成を示した。10は2.5インチ径のニッケル製原盤11を真空に引いて保持するための原盤ホルダー、12は2.5インチ径のガラス製基板13を真空に引いて保持するための基板ホルダー、14は基板ホルダーをX、Y方向に精密に駆動するためのアクチュエーター、15は位置決めのためのCCD、16は原盤と基板の間を減圧にしたり、高圧気体を入れたりするための導入路、17はシール部、18は基板を加熱するための電熱線、19は原盤を加熱するための電熱線、20は基板を冷却するための水導入路、21は原盤を冷却するための水導入路、22は原盤または基板を固定するための減圧導入路、23は基板ホルダーを抑えるためのバネ、24はモニター、25は搬送装置、26は圧力を印加するための油圧スタンプ台、27は弾性体である。
【0041】
ここで、原盤11と、膜厚50nmのポリメチルメタクリレート膜28を塗布したガラス基板13を、原盤ホルダー10と基板ホルダー12にそれぞれ設置した。原盤11には示すように、最小パターンが20nmで高さが40nm凹凸パターンが設置されている。また中心に位置決めするためのマーク29が設けられている(図示せず)。
【0042】
位置決め台30上で、電熱線18、19を用いてホルダー11と12をそれぞれ110℃に設定した。原盤11と基板13の水平方向の相対位置はCCD15を用いてモニター24で観察しながら、原盤のマーク29と基板の中心のマーク31が合うようにアクチュエータ14のXY制御機構を用いて合わせた。次に、基板13と原盤11間の距離をアクチュエータのZ制御機構で近づけ接触させた後、導入路22を用いて基板13と原盤11間を減圧にして相対位置を固定した。次に、搬送装置25を用いて油圧スタンプ台26に搬送し、全圧10トンの圧力を30秒間印可した。
【0043】
次に、油圧を解放した後、剥離台32に搬送し、水導入路20に1分間冷却水を流した。導入路16を通して3気圧の圧縮空気を導入し、原盤と基板を剥離した。
【0044】
AFM(Atomic force microscope)で測定したところ、原盤の凹凸パターンに対応した凹凸が基板上に中心からの位置精度1ミクロンで均一に形成されていることがわかった。
【0045】
(第2の実施形態)
まず、磁気転写について、図3を参照しながら簡単に説明する。一方向に磁化され平坦化された磁気転写原盤41内にパターニングされた強磁性材料によって発生する記録磁界により、パターン形状に対応した磁化パターンがガラス基板42上の磁性層43に記録される。すなわち、原盤41には、トラッキング用サーボ信号、アドレス情報信号、再生クロック信号等に対応するパターニングされた垂直磁化の強磁性材料が形成され、前もって一方向の残留磁化44を与えておく。また基板42上の垂直磁性層43にも一方向の初期残留磁化46を与えておく。励磁磁界45を磁化残留44とは同方向に、また残留磁化46とは反対方向に印可し、44に接した部分の磁化46が反転し47になるように励起磁界45の強さを調整する。これにより原盤の磁気情報が基板に転写されプリフォーマット記録される。図3ではトラックの垂直方向の磁化を示したが、トラックの長手方向の磁気転写も同様である。
【0046】
以下に、本発明の本実施形態における転写装置について、図4と図5を参照しながら説明する。図4は本実施形態における磁気原盤50の構成を示す概略断面図である。図5は本実施形態における転写装置の原盤および基板ホルダー部の構成を示す概略図である。図6は本実施形態における転写装置の構成を示す概略図である
図4に示すように中心穴51aが開いたガラスからなる基板51の表面には、情報パターンに対応する強磁性体52のパターンが酸化シリコン膜53中に形成されている。また表面には硬質膜54が形成されている。この図において、61aは後述する原盤ホルダー61の一部に設けられるもので、原盤50をその中心穴51aで保持するための中心軸である。
【0047】
原盤50は、例えば、特開平11-273070で開示された工程を経て形成される。強磁性体の材料としては、Ni−Fe、Fe−Al−Si等の結晶材料、Co−Zr−Nb等のCo基のアモルファス材料、Fe−Ta−N等のFe系微結晶材料、Fe、Co、Fe−Co Co-Cr、Co-Ni、Baフェライト等が好ましい。磁性薄膜の形成方法としては、真空蒸着法、イオンビームスパッタ法あるいは対向ターゲットスパッタ法がある。
【0048】
図5に本実施形態で示す転写装置のカートリッジ式の原盤および基板ホルダー部60の構成を示した。61は原盤50を真空に引いて保持するための導入路64がついた原盤ホルダー、62は中心に穴63aが形成され、表面に磁性層が形成されたガラス基板63を真空に引いて保持するための導入路65がついた基板ホルダー、66はシール部、67は原盤ホルダー61と基板ホルダー62の開閉できる連結部、68は原盤と基板の間を減圧にしたり、高圧気体を入れたりするための導入路、69は搬送装置、70は圧力を印加するための油圧スタンプ系である。71は油圧コントロール系、72は圧力計、73はスタンプ台である。また74は電磁石である。
【0049】
原盤50を原盤ホルダー61に設置し、基板63を基板ホルダー62に設置した。基板63上の磁性媒体層は一層でもよいし、サーボ信号用の下層磁性層を有する二層媒体であってもよい。サーボ信号用の二層媒体の場合には下層媒体は上層媒体と比較して保磁力が低い媒体であれば何でもよい。原盤ホルダー61と基板ホルダー62を向き合わせた。原盤50と基板63の水平方向の相対位置は原盤ホルダー61の凸部75および基板ホルダー62に掘られた凹部76をかみ合わせることで制御した。次に、導入部68を介して原盤と基板間を減圧にして、相対位置を固定した。次に、搬送装置69を用いて油圧スタンプ台73に搬送し、全圧10トンの圧力を30秒間印可した。
【0050】
次に、油圧を解放した後、電磁石74に搬送し、基板と原盤に対して垂直方向に1分間磁界を印可し磁気転写を行った。導入路68を通じて3気圧の圧縮空気を導入すると共に、原盤と基板の間にくさびを挿入して剥離した。MFM(Magnetic force microscope)で測定したところ、原盤の磁気パターンに対応した磁気パターンが中心からの位置精度2ミクロンで基板上の磁性体層に形成された。
【0051】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
【0052】
【発明の効果】
本発明によれば、原盤と基板のアライメントが容易であり、原盤や基板を短時間で加熱・冷却ができ、また基板と原盤の剥離が容易である転写装置、転写用カートリッジ、及び転写方法を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の実施形態における転写装置の原盤および基板ホルダー部の構成を示す概略図。
【図2】 第1の実施形態における転写装置の構成を示す概略図。
【図3】 第2の実施形態における磁気転写の原理を示す概略図。
【図4】 第2の実施形態における原盤の概略断面図。
【図5】 第2の実施形態における転写装置の原盤および基板ホルダー部の構成を示す概略図。
【図6】 第2の実施形態における転写装置の構成を示す概略図。
【符号の説明】
1…原盤ホルダー・基板ホルダー部
10…原盤ホルダー
11…ニッケル製原盤
12…基板ホルダー
13…ガラス基板
14…XYアクチュエータ
15…CCD
16…原盤と基板の間を減圧にしたり、高圧気体を入れたりするための導入路、
17…シール部
18…基板を加熱するための電熱線
19…原盤を加熱するための電熱線
20…基板を冷却するための水導入路
21…原盤を冷却するための水導入路
22…原盤または基板を固定するための減圧導入路
23…基板ホルダーを抑えるためのバネ
24…モニター
25…搬送装置
26…圧力を印加するための油圧スタンプ台
27…弾性体
28…ポリメチルメタクリレート膜
29…マーク
30…位置決め台
31…マーク
32…剥離台
41…磁気転写原盤
42…ガラス基板
43…磁性層
44…残留磁化
45…励起磁界、
46…初期残留磁化
47…転写された磁化
50…磁気転写原盤
51…ガラス基板
52…強磁性体
53…酸化シリコン膜
54…硬質膜
60…原盤および基板ホルダー部
61…原盤ホルダー
62…基板ホルダー
63…基板
64…原盤50を真空に引いて保持するための導入路
65…ガラス基板63を真空に引いて保持するための導入路
66…シール部
67…連結部
68…原盤と基板の間を減圧にしたり、高圧気体を入れたりするための導入路
69…搬送装置
70…油圧スタンプ駆動系
71…油圧コントロール系
72…圧力計
73…スタンプ台
74…電磁石
75…凸部
76…凹部
Claims (8)
- 情報に相当するパターンを有する原盤を保持する原盤保持手段と、前記原盤の前記パターンが転写される基板を保持する基板保持手段と、前記原盤と前記基板間を固定する固定手段と、前記原盤と前記基板間に圧力を印加する圧力印加手段とを備え、前記原盤保持手段と前記基板保持手段と前記固定手段とは一体となって前記圧力印加手段に対して脱着可能に構成されていることを特徴とする転写装置。
- 一体になった前記原盤保持手段と前記基板保持手段と前記固定手段とを前記圧力印加手段とその外部との間で搬送する搬送手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の転写装置。
- 前記原盤保持手段と前記基板保持手段の少なくとも一方に、前記原盤と前記基板の少なくとも一方の温度制御を行う温度制御手段が設けられていることを特徴とする請求項1又は2記載の転写装置。
- 前記原盤及び前記基板間の相対位置を面内方向で制御する面内位置制御手段を備えたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の転写装置。
- 情報に相当するパターンを有する原盤を保持する原盤保持手段と、前記原盤の前記パターンが転写される基板を保持する基板保持手段と、前記原盤と前記基板間を固定する固定手段とを備え、前記原盤保持手段と前記基板保持手段と前記固定手段とを一体として搬送可能に構成されていることを特徴とする転写用カートリッジ。
- 前記原盤保持手段と前記基板保持手段の少なくとも一方に、前記原盤と前記基板の少なくとも一方の温度制御を行う温度制御手段が設けられていることを特徴とする請求項5記載の転写用カートリッジ。
- 前記原盤保持手段と前記基板保持手段間に介在しかつ前記原盤及び前記基板の周囲に配置され、前記原盤と前記基板とを引き離す方向に弾性力を生ずる弾性体を備えたことを特徴とする請求項5又は6記載の転写用カートリッジ。
- 情報に相当するパターンを有する原盤を保持する原盤保持行程と、前記原盤の前記パターンが転写される基板を保持する基板保持行程と、前記原盤と前記基板間を固定する固定行程と、前記原盤保持手段と前記基板保持手段と前記固定手段とを一体にして圧力印加部へ搬送する第1の搬送行程と、前記圧力印加部において前記原盤と前記基板間に圧力を印加する圧力印加行程と、前記原盤保持手段と前記基板保持手段と前記固定手段とを一体にして前記圧力印加部から外部へ搬送する第2の搬送行程とを具備することを特徴とする転写方法。
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