JP4543004B2 - パタン形成方法、インプリントモールド、および磁気記録媒体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、パタン形成方法、このパタン形成方法を用いて製造されるインプリントモールド、およびこのインプリントモールドを用いる磁気記録媒体の製造方法に関する。

磁気記録装置が発明されて以来、その記録密度は年々増加の傾向を続けており、現在もその記録密度は増加し続けている。

しかし、磁気記録においては、記録媒体の磁気特性によって程度の差はあるものの、熱擾乱のためにある記録密度以上では磁気記録を保つことができなくなる現象が指摘されており、この現象により記録密度が制限されると考えられている。

この問題を回避するために、あらかじめ磁気記録材料を非記録材料によりドットに分断し、各々のドットを単一の記録セルとして記録再生を行うパターンドメディアが提案されている。このパターンドメディアでは、記録セルを非磁性体により孤立させているので、熱擾乱に対する安定性が高く、高い保磁力を示す。

上記のパターンドメディアは、テラビット級の記録密度を実現するために有効な手段であると考えられている。しかし、このような高記録密度を達成しようとすると、要求されるセルサイズが３０〜２０ｎｍとなり、従来のフォトリソグラフィの解像限界を超える微細加工が必要である。そこで、電子線描画によるパタン形成が提案されているが、電子線での微細パタンの描画には長時間を要するため、加工された媒体は非常に高価なものとなる。

このような問題を解決するために、ジブロックコポリマーの相分離を利用したパターンドメディアの製造方法が提案されている（非特許文献１および特許文献１参照）。これらの製造方法では、たとえばポリスチレンとポリメチレンメタクリレートのジブロックコポリマーを相分離させてドットパタンを形成し、磁性膜にドットパタンを転写して記録セルとして用いられる磁性ドットを形成している。これらの製造方法では、ジブロックコポリマーの相分離により、円形のドットパタンが細密充填の配置をとって形成される。

こうしたパターンドメディアを搭載した磁気記録装置においては、記録ヘッドによって２つ以上の記録セルにまたがった書き込みや読み取りがなされるおそれがあるので、記録ヘッドに応じて磁性ドットの配列およびトラック幅などの条件を最適化できることが望ましい。しかし、ジブロックコポリマーを相分離させてドットパタンを形成する方法では、記録ヘッドの形状に応じて磁性ドットの配列およびトラック幅などの条件を最適化するのは困難であった。
K.Naito et. al、 IEEE Trans. Magn.vol.38、pp.1949. 特開２００４−３４２２２６号公報

本発明の目的は、たとえば記録ヘッドの形状に応じて、トラック幅などを最適に設計する自由度が高いパタン形成方法を提供することにある。

本発明の一態様に係るパタン形成方法は、基板上にジブロックコポリマー膜を塗布し、前記ジブロックコポリマー膜を相分離させて１つのポリマー成分をシリンダーまたはラメラの形態にし；前記ジブロックコポリマー膜に対してラインパタンを有するインプリントモールドを用いてインプリントを施し、前記シリンダーまたはラメラの長さ方向に対して交差する第１の凹部を形成し；前記シリンダーまたはラメラの形態のポリマー成分をエッチングにより除去して第２の凹部を形成し；前記第１および第２の凹部にシリコン含有レジストを埋め込み；前記シリコン含有レジストをマスクとして、前記ジブロックコポリマー膜をエッチングし、つづいて前記基板をエッチングすることを特徴とする。

本発明の他の態様に係る格子状パタンを有するインプリントモールドは、上記のパタン形成方法により加工された基板を有することを特徴とする。

本発明のさらに他の態様に係る磁気記録媒体の製造方法は、媒体基板上に磁性膜を成膜し、前記磁性膜上にレジストを塗布し、前記レジストに対して上記の格子状パタンを有するインプリントモールドを用いてインプリントを行い、レジストに格子状の凹部を形成し、前記格子状の凹部以外の領域に残存したレジストをマスクとして前記磁性膜をエッチングし、格子状の溝で分離された磁性膜パタンを形成することを特徴とする。

本発明のパタン形成方法によれば、高い自由度で、たとえば記録ヘッドの形状に応じて、トラック幅などを最適に設計することができる。

以下、本発明の実施形態を説明する。

本発明の実施形態において、基板材料は特に限定されず、プラスチック基板、ガラス基板、シリコン基板などが一般的である。なお、基板上に薄膜を形成してもよい。すなわち、本発明の実施形態に係るパタン形成方法により、基板を直接加工してもよいし、基板上に形成された薄膜を加工してもよい。

本発明の実施形態において、基板上に塗布されるジブロックコポリマー膜は、エッチング耐性の異なる２種のポリマー成分を含む。ジブロックコポリマーは、シリンダーまたはラメラの形態に相分離することが可能であれば、組成や分子量は特に限定されない。ここでシリンダーというのは、上述の２種のポリマーのうちの１つがジブロックコポリマー膜中において細長の円筒形状となっている状態を表現している。一例としては、図３（ａ）においてその断面で表されたＰＭＭＡ成分１５である。また、ラメラというのは、上述の２種のポリマーが層状に相分離をしている状態を表現しており、本発明においては基板に対して垂直方向に相分離している場合が望ましい。一例としては、図３（ａ）においてその断面が円状の代わりに四角形形状となったＰＭＭＡ成分１５である。

ジブロックコポリマー膜としては、たとえば、ポリスチレン−ポリメチルメタクリレート（ＰＳ−ＰＭＭＡ）、ポリスチレン−ポリ（エチレン−alt−プロピレン）（ＰＳ−ＰＥＰ）、ポリスチレン−ポリブタジエン（ＰＳ−ＰＢＤ）、ポリスチレン−ポリイソプレン（ＰＳ−ＰＩ）、ポリスチレン−ポリビニルメチルエーテル（ＰＳ−ＰＶＭＥ）、ポリスチレン−ポリエチレンオキサイド（ＰＳ−ＰＥＯ）、その他公知のものが挙げられる。これらのジブロックコポリマー膜は、アニールすることにより相分離させることができる。

ジブロックコポリマー膜を相分離させる際に、シリンダーまたはラメラの方向を所望の方向に揃えるには、基板上にあらかじめガイド溝を形成し、ガイド溝内にジブロックコポリマー膜を塗布し、ジブロックコポリマー膜を相分離させる方法（T. Yamaguchi, et al., J. Photopolym. Sci. Technol., 18 (2005) pp. 421）、またはジブロックコポリマー膜を膜面に沿ってせん断応力を加えながら相分離させる方法（D. E. Angelescu, et al., Adv. Mater., 16(2004) pp. 1739）を用いることが好ましい。このときのガイド溝またはせんだん応力の方向は、本発明の実施形態のひとつである磁気記録媒体の場合、ヘッドのアーム軌跡に追従した形であることが望ましい。

次に、ラインパタンを有するインプリントモールドを用意する。ラインパタンを有するインプリントモールドは、たとえば電子線リソグラフィーにより形成する。ジブロックコポリマー膜に対してラインパタンを有するインプリントモールドを用いてインプリントを施し、シリンダーまたはラメラの長さ方向に対して交差する第１の凹部を形成する。ラインパタンとジブロックコポリマーの長さ方向の交わる角度はその目的に応じて調整することができる。

次に、ジブロックコポリマー膜の２種のポリマー成分のエッチング耐性の違いを利用して、シリンダーまたはラメラの形態のポリマー成分をエッチングにより選択的に除去して第２の凹部を形成する。エッチング方法としては、酸素エッチングが挙げられるが、特に限定されない。

このとき、図７に示すように、第１の凹部の深さ（Ａ）と、ジプロックコポリマー膜の膜厚（Ｂ）と、第２の凹部の深さ（Ｃ）が、Ｃ≦Ａ＜Ｂの関係を満たすことが好ましい。

次に、第１および第２の凹部にシリコン含有レジストを埋め込む。シリコン含有レジストは、酸素エッチング耐性の高いレジストである。シリコン含有レジストとしては、スピンオングラス（ＳＯＧ）、ＨＳＱ(hydrogen silsesquioxane)などが挙げられる。

次いで、シリコン含有レジストをマスクとして、ジブロックコポリマー膜をエッチングし、つづいて基板をエッチングする。その後、不要になったシリコン含有レジストを除去する。こうして、矩形の凹部を囲む格子状の凸部を有するパタンを形成することができる。

図１、図２（ａ）〜（ｆ）および図３（ａ）〜（ｆ）を参照して、本発明の実施形態に係るパタン形成方法を説明する。図１は本発明の磁気記録媒体の平面図、図２（ａ）〜（ｆ）は図１の領域ａの拡大平面図、図３（ａ）〜（ｆ）は図２（ａ）〜（ｆ）のＡ−Ａ断面図である。ここでは、基板上にカーボン膜を成膜し、ジブロックコポリマーとしてポリスチレン−ポリメチルメタクリレート（ＰＳ−ＰＭＭＡ）を用い、カーボン膜にパタンを形成する例を説明する。

基板１１上にカーボン膜１２を成膜する。カーボン膜１２上にジブロックコポリマー膜１３としてＰＳ−ＰＭＭＡを塗布し、アニールを行うことにより相分離させる。この結果、ＰＳ成分１４中にシリンダーの形態のＰＭＭＡ成分１５が形成される（図２ａ、図３ａ）。

ラインパタンを有するインプリントモールド２０を用意する。基板１１上で相分離されたジブロックコポリマー膜１３と、インプリントモールド２０とを対向させてプレス装置により圧力を加えてインプリントを行う。こうして、ジブロックコポリマー膜１３のＰＭＭＡ成分１５からなるシリンダーの長さ方向に対して交差する第１の凹部１６を形成する（図２ｂ、図３ｂ）。ＰＭＭＡ成分１５からなるシリンダーの長さ方向と、第１の凹部１６とのなす角度は、たとえば記録ヘッドの形状に応じて、図２ｂに示すように約６０°から９０°の範囲で設定することができる。

酸素エッチングを行い、ジブロックコポリマー膜１３のＰＭＭＡ成分１５からなるシリンダーを選択的に除去して第２の凹部１７を形成する（図２ｃ、図３ｃ）。

第１の凹部１６および第２の凹部１７に酸素エッチング耐性の高いシリコン含有レジストとしてＳＯＧ１８を埋め込む（図２ｄ、図３ｄ）。

ＳＯＧ１８をマスクとして、酸素ＲＩＥによりジブロックコポリマー膜１３をエッチングし、さらにカーボン膜１２をエッチングする（図２ｅ、図３ｅ）。

その後、不要になったＳＯＧ１８をＣＦ₄ガスでエッチングして除去する。こうして、基板１１上のカーボン膜１２に、矩形の凹部を囲む格子状の凸パタンを形成することができる（図２ｆ、図３ｆ）。

上記の方法で製造された、基板上のカーボン膜に格子状パタンを形成したものは、たとえばインプリントモールドとして使用することができる。

図４（ａ）〜（ｄ）を参照して、格子状パタンを有するインプリントモールドを用いて磁気記録媒体を製造する方法を説明する。

媒体基板３１上に磁性膜３２を成膜し、磁性膜３２上にインプリント用のレジスト３３を塗布する。このレジストの材料はインプリントが可能であれば特に限定されない。ホットエンボス、室温インプリントなどのインプリント法に適した材料を選択することができる。具体的には、有機系ポリマー、ＳＯＧ、ＨＳＱなどの材料が挙げられる。レジスト３３に対向させて格子状パタンを有するインプリントモールド３０をセットし、プレス装置により圧力をかけてインプリントを行う（図４ａ）。インプリントモールド３０を取り外して、レジスト３３に格子状の溝３４を形成する（図４ｂ）。溝３４の底部に残るレジスト残渣を除去した後、残存する凸状のレジストパタンをマスクとして、磁性膜３２をエッチングする（図４ｃ）。その後、残存するレジストパタンを剥離して、所望の形状を有する記録セルが形成された磁気記録媒体を製造する（図４ｄ）。形成された記録セル３５は、たとえば図５に示すような縦横比の異なる平行四辺形の形状を有する。このような形状の記録セルは、記録ヘッドの形状に追従することができる。

上記のように矩形のナノパタンは、ジブロックコポリマーの相分離を利用するだけでは形成することが困難であるが、本発明の方法によれば高い自由度で最適なパタンを設計することができる。

なお、この方法は、磁気記録媒体に限らず、光ディスクや半導体装置など、微細パタンの形成を必要とする分野へ応用することができる。

以下に実施例に基づいて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図２（ａ）〜（ｆ）および図３（ａ）〜（ｆ）に示した方法に従ってカーボン膜を加工した例を説明する。

２．５インチの基板１１上に、スパッタリングにより２０ｎｍのカーボン膜１２を成膜した。カーボン膜１２上に、ポリスチレン−ポリ（エチレン−ａｌｔ−プロピレン）（ＰＳ−ＰＥＰ）ジブロックコポリマーのトルエン溶液をスピンコートして、厚さ３０ｎｍのジブロックコポリマー膜１３を形成した。図６に示すように、ジブロックコポリマー膜１３上に、ポリジメチルシロキサンからなるパッド５１を置き、その上に錘板５２を載せた。１００℃でアニールしてジブロックコポリマーを相分離させながら、錘板５２を一方向（図中、矢印で表示）へ牽引してパッド５１を介してジブロックコポリマー膜１３にせん断応力を加えることにより、その方向に沿ってＰＥＰ成分からなるシリンダーが並んだ相分離膜を得た。

次に、幅５０ｎｍ、高さ２５ｎｍの凸ラインが２００ｎｍピッチで形成されたニッケル製のインプリントモールド２０を用意し、ＰＥＰ成分のシリンダーの長さ方向に対してインプリントモールド２０のラインが９０°の角度をなすようにプレス装置にセットし、２０００ｂａｒの圧力で６０秒押し付けてインプリントを行い、ジブロックコポリマー膜１３に第１の凹部１６を形成した。酸素ドライエッチングで、ジブロックコポリマー膜１３のＰＥＰ成分からなるシリンダーのみを除去して第２の凹部１７を形成した。

メチルシロキサンポリマー成分を０．３％含むＳＯＧ溶液をスピンコートして第１の凹部１６および第２の凹部１７に埋め込んだ。ＳＯＧ１８をマスクとして酸素ＲＩＥエッチングを施し、ジブロックコポリマー膜１３をエッチングし、さらにカーボン膜１２をエッチングした。その後、不要になったＳＯＧ１８をＣＦ₄ガスでエッチングして除去した。こうして、基板１１上のカーボン膜１２に、２５ｎｍ×１５０ｎｍの凹部を囲む格子状の凸パタンを形成した。これは、インプリントモールドとして用いることができる。

（実施例２）
図２（ａ）〜（ｆ）および図３（ａ）〜（ｆ）に示した方法に従ってカーボン膜を加工した別の例を説明する。

２．５インチの基板１１上に、スパッタリングにより２０ｎｍのカーボン膜１２を成膜した。カーボン膜１２上にノボラックレジストを２０ｎｍの厚さに塗布し、５００ｎｍのピッチで磁気記録装置のヘッドのアーム軌跡に沿って１００ｎｍの凸部が形成されたニッケル製モールドを１０００ｂａｒの圧力で押し付けて、カーボン膜上に７０ｎｍ幅のガイド溝を形成した。

ポリスチレン−ポリメタクリレート（ＰＳ−ＰＭＭＡ）ジブロックコポリマーのキシレン溶液をスピンコートして、ガイド溝内にジブロックコポリマーを埋め込み、２００℃で１０時間アニールして相分離させ、ガイド溝の方向に沿ってＰＭＭＡ成分からなるシリンダーが並んだ相分離膜を得た。

次に、幅５０ｎｍ、高さ２５ｎｍの凸ラインが２００ｎｍピッチで同心円状に形成されたニッケル製のインプリントモールド２０を用意し、２０００ｂａｒの圧力で６０秒押し付けてインプリントを行い、ジブロックコポリマー膜１３に第１の凹部１６を形成した。酸素ドライエッチングで、ジブロックコポリマー膜１３のＰＭＭＡ成分からなるシリンダーのみを除去して第２の凹部１７を形成した。

メチルシロキサンポリマー成分を０．３％含むＳＯＧ溶液をスピンコートして第１の凹部１６および第２の凹部１７に埋め込んだ。ＳＯＧ１８をマスクとして酸素ＲＩＥエッチングを施し、ジブロックコポリマー膜１３をエッチングし、さらにカーボン膜１２をエッチングした。その後、不要になったＳＯＧ１８をＣＦ₄ガスでエッチングして除去した。こうして、基板１１上のカーボン膜１２に、２５ｎｍ×１５０ｎｍの凹部を囲む格子状の凸パタンを形成した。これは、インプリントモールドとして用いることができる。

（実施例３）
図４（ａ）〜（ｄ）に示した方法に従って、磁気記録媒体を製造した例を説明する。

ガラス基板３１上に２０ｎｍの磁性膜３２を成膜し、磁性膜３２上に厚さ３０ｎｍのノボラック系レジスト３３をスピンコートした。レジスト３３に対向させて実施例２で作製した格子状パタンを有するインプリントモールド３０をセットし、プレス装置により２０００ｂａｒの圧力をかけてインプリントを行った。インプリントモールド３０を取り外して、レジスト３３に格子状の溝３４を形成した。溝３４の底部に残るレジスト残渣を除去した後、残存する凸状のレジストパタンをマスクとして、Ａｒイオンミリングにより磁性膜３２をエッチングした。その後、残存するレジストパタンを剥離して、２５ｎｍ×１５０ｎｍの磁性セルが形成された磁気記録媒体を製造した。

本発明が適用される磁気記録媒体の平面図。 図１の領域ａの拡大平面図。 図２（ａ）〜（ｆ）のＡ−Ａ断面図。 本発明の実施形態に係る磁気記録媒体の製造方法を示す断面図。 図３の方法により製造された磁気記録媒体の記録セルを示す斜視図。 実施例１においてジブロックコポリマー膜にせん断応力を加える方法を示す図。 第１の凹部の深さ（Ａ）と、ジプロックコポリマー膜の膜厚（Ｂ）と、第２の凹部の深さ（Ｃ）との関係を示す断面図。

符号の説明

１１…基板、１２…カーボン膜、１３…ジブロックコポリマー膜、１４…ＰＳ成分、１５…ＰＭＭＡ成分、１６…第１の凹部、１７…第２の凹部、１８…ＳＯＧ、２０…インプリントモールド、３０…インプリントモールド、３１…媒体基板、３２…磁性膜、３３…レジスト、３４…溝、３５…記録セル、５１…パッド、５２…錘板。

Claims (6)

1. 基板上にジブロックコポリマー膜を塗布し、前記ジブロックコポリマー膜を相分離させて１つのポリマー成分をシリンダーまたはラメラの形態にし、
   前記ジブロックコポリマー膜に対してラインパタンを有するインプリントモールドを用いてインプリントを施し、前記シリンダーまたはラメラの長さ方向に対して交差する第１の凹部を形成し、
   前記シリンダーまたはラメラの形態のポリマー成分をエッチングにより除去して第２の凹部を形成し、
   前記第１および第２の凹部にシリコン含有レジストを埋め込み、
   前記シリコン含有レジストをマスクとして、前記ジブロックコポリマー膜をエッチングし、つづいて前記基板をエッチングする
   ことを特徴とするパタン形成方法。
2. 前記基板上にガイド溝を形成し、前記ガイド溝内にジブロックコポリマー膜を塗布し、前記ジブロックコポリマー膜を相分離させて１つのポリマー成分を前記ガイド溝の長さ方向に沿ったシリンダーまたはラメラの形態にすることを特徴とする請求項１に記載のパタン形成方法。
3. 前記ジブロックコポリマー膜を、膜面に沿ってせん断応力を加えながら相分離させ、前記１つのポリマー成分をせん断応力の方向に沿ったシリンダーまたはラメラの形態にすることを特徴とする請求項１に記載のパタン形成方法。
4. 前記第１の凹部の深さ（Ａ）と、前記ジプロックコポリマー膜の膜厚（Ｂ）と、前記第２の凹部の深さ（Ｃ）が、Ｃ≦Ａ＜Ｂの関係を満たすことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のパタン形成方法
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載のパタン形成方法により加工された基板を有することを特徴とする格子状パタンを有するインプリントモールド。
6. 媒体基板上に磁性膜を成膜し、
   前記磁性膜上にレジストを塗布し、
   前記レジストに対して請求項５に記載の格子状パタンを有するインプリントモールドを用いてインプリントを行い、レジストに格子状の凹部を形成し、
   前記格子状の凹部以外の領域に残存したレジストをマスクとして前記磁性膜をエッチングし、格子状の溝で分離された磁性膜パタンを形成する
   ことを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。

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