DE102004016340A1 - Trennüberzug für Stempel - Google Patents

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Abstract

Ein Stempel mit einem Perfluorpolyether-Überzug.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Ausführungsformen dieser Erfindung betreffen das Gebiet der Herstellung eines Platten-Stempels.
  • HINTERGRUND
  • Ein Festplatten-Laufwerk-System umfasst eine oder mehrere magnetische Speicherplatten und Steuerungsmechanismen für die Speicherung von Daten auf den Platten. Die Platten sind aus einem Substrat, das strukturiert sein kann, und mehreren Filmschichten aufgebaut. In den meisten Systemen wird ein Substrat auf Aluminium-Basis verwendet. Jedoch weisen alternative Substratmaterialien, wie Glas, verschiedene Verhaltensvorteile auf, so dass es wünschenswert sein kann, ein Glassubstrat zu verwenden. Eine der Filmschichten auf einer Speicherplatte ist eine Magnetschicht, die verwendet wird, um Daten zu speichern. Das Lesen und Schreiben der Daten wird durch Führen eines Schreib-Lese-Kopfs über die Platte bewerkstelligt, um die Eigenschaften der Magnetschicht der Platte zu ändern. Der Schreib-Lese-Kopf ist typisch ein Teil eines größeren Körpers oder ist daran befestigt, welcher über die Platte fliegt und als Schleifer [slider] bezeichnet wird.
  • Der Trend beim Entwurf von Platten-Laufwerken geht dahin, dass die Speicherdichte des Laufwerksystems erhöht wird. Ein Verfahren zur Erhöhung der Speicherdichten besteht darin, die Oberfläche der Platte mit einem Muster unter Bildung diskreter Datenspuren zu versehen, was als diskrete Spuraufzeichnung [discrete track recording (DTR)] bezeichnet wird. DTR-Platten weisen typisch eine Reihe von konzentrischen erhabenen Zonen (auch als Erhebungen, Grate, Land usw. bekannt), die Daten speichern, und ausgenommenen Zonen (auch als Mulden, Täler, Rillen usw. bekannt) auf, die für eine Isolierung zwischen den Spuren sorgen, um Rauschen zu verringern. Derartige ausgenommene Zonen können auch Servo-Information speichern. Die ausgenommenen Zonen trennen die erhabenen Zonen, um die unbeabsichtigte Speicherung von Daten in den ausgenommenen Zonen zu verhindern oder zu verhüten.
    •
  • Ein Verfahren zur Erzeugung von DTR-Magnetspeicherplatten geschieht durch Nano-Eindrucklithographie- [nano imprint lithography (NIL)] Techniken. NIL beinhaltet die Verwendung eines vorgeprägten starren Formwerkzeugs (auch als Stempel, Prägestempel usw. bekannt) mit einer Umkehr (negativem Abdruck) eines DTR-Musters. Der Stempel wird auf eine dünne Polymerschicht auf der Platte gepresst. Der Kopplungseinheit aus Platte und Stempel wird häufig erwärmt, und dann wird der Stempel entfernt, was einen Abdruck des DTR-Musters auf der Polymerschicht hinterlässt.
  • Ein Problem bei derzeitigen NIL-Techniken besteht darin, dass polymeres Material von der Polymerschicht der Platte auf den Stempel übertragen werden kann, wenn der Stempel von der Platte getrennt wird. Das übertragene polymere Material bleibt dann als Rauhigkeiten auf dem Stempel, die letztlich auf die prägbare Schicht einer anschließend geprägten Platte als Defekte (z.B. Vertiefungen und Hügel) während des Prägens übertragen werden können. Alle Rauhigkeitsvertiefungen können, wenn sie ausreichend groß sind, die Erzeugung eines gewünschten Spurmusters stören, und alle Rauhigkeitserhebungen können den Betrieb der Platte stören, indem sie keine ausreichende Gleithöhe des Kopfs über der Platten-Oberfläche ermöglichen. Um das äußerst feine Muster zu erzeugen, das erforderlich ist, um eine hohe Empfindlichkeit zu erhalten, und um identische Nanostrukturen von einem Matrizenstempel im Massenumfang zu reproduzieren, ist eine minimale (idealerweise keine) Übertragung von polymeren Materialrauhigkeiten von der Polymerschicht der Platte auf den Stempel erforderlich.
  • Ein Verfahren des Standes der Technik zur Bereitstellung eines Stempels mit einem abnutzungsbeständigen Trennüberzug beinhaltet die Polymerisation einer Fluor-Verbindung nach ihrer Aufbringung auf den Stempel. Die Fluor-Verbindung wird in gasförmiger Form bereitgestellt und bei der Auftragung auf die Oberfläche des Stempels plasmapolymerisiert.
    •
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Die vorliegende Erfindung wird mittels Beispiel und ohne Beschränkung in den Figuren der begleitenden Zeichnung veranschaulicht, in der:
  • 1A eine Ausführungsform eines Stempelkörpers veranschaulicht, der mit einem Fluorpolymer beschichtet ist;
  • 1B eine alternative Ausführungsform eines Stempels mit mehreren Überzugsschichten veranschaulicht;
  • 2A die chemische Struktur eines difunktionellen Perfluorpolyether-Moleküls mit polaren Carboxylgruppen veranschaulicht;
  • 2B die chemische Struktur von Z-Dol veranschaulicht;
  • 2C die chemische Struktur von AM3001 veranschaulicht;
  • 2D die chemische Struktur von Ztetraol veranschaulicht;
  • 2E die chemische Struktur von Moresco veranschaulicht;
  • 3 eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Stempels mit einem Fluorpolymer-Überzug veranschaulicht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezielle Details angegeben, wie Beispiele für spezielle Materialien oder Komponenten, um für ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu sorgen. Es ist jedoch für den Fachmann ersichtlich, dass diese speziellen Einzelheiten nicht verwendet werden müssen, um die Erfindung durchzuführen. In anderen Fällen sind bekannte Komponenten und Verfahren nicht in Einzelheiten beschrieben, um zu vermeiden, dass die vorliegende Erfindung unnötig unklar gemacht wird.
  • Die Ausdrücke "über" und "auf", wie hier verwendet, bezeichnen eine relative Lage einer Schicht mit Bezug auf andere Schichten. So kann eine Schicht, die über oder auf einer anderen Schicht abgeschieden ist, direkt in Kontakt mit der anderen Schicht stehen, oder es können eine oder mehrere dazwischen liegende Schichten vorliegen.
  • Es sollte bemerkt werden, dass die Apparatur und die Verfahren, die hier erörtert werden, bei verschiedenen Arten von Platten verwendet werden können. In einer Ausführungsform können beispielsweise die Vorrichtung und die Verfahren, die hierin erörtert werden, mit einer Magnetspeicherplatte verwendet werden. Alternativ können die Vorrichtung und die Verfahren, die hier erörtert werden, mit anderen Arten von digitalen Speicherplatten verwendet werden, z.B. mit optischen Speicherplatten, wie einer Compact Disk (CD) und einer Digital-Versatile-Disk (DVD).
  • Ein Prägewerkzeug oder ein Stempel kann verwendet werden, um ein diskretes Spurmuster auf einer Platte zu schaffen. Der Stempel ist mit einem dünnen Polymerfilm überzogen. In einer Ausführungsform ist der Stempel mit Perfluorpolyether-Polymeren überzogen. Der überzogene Stempel kann eine Oberfläche mit niedriger Reibung und niedriger Energie aufweisen, welche die Oberflächentrennung zwischen dem Stempel und der prägbaren Schicht einer Platte (z.B. einem Polymer) ohne signifikante Übertragung des prägbaren Schicht- (z.B. polymeren) Materials auf den Stempel erleichtert. Zusätzlich kann der Perfluorpolyether-Überzug auf dem Stempel auch eine Hochtemperaturbeständigkeit zeigen, was ein wiederholtes Prägen von prägbaren Filmen bei erhöhten Temperaturen mit einer wirksamen Oberflächentrennung ohne signifikante Materialübertragung ermöglicht.
  • 1A veranschaulicht eine Ausführungsform eines Stempelkörpers, der mit einem Fluorpolymer überzogen ist. In einer Ausführungsform ist der Stempelkörper 110 aus einer Nickel-Phosphor(NiP)-Metalllegierung zusammengesetzt. Alternativ können andere Metalllegierungen oder Metalle, beispielsweise Nickel, Chrom und Kupfer, für den Stempelkörper 110 verwendet werden. In einer weiteren Ausführungsform können andere starre Materialien für den Stempelkörper 110 verwendet werden, beispielsweise Glas und Keramik. Der Stempelkörper 110 kann eine gemusterte Oberfläche 115 aufweisen, die eine Umkehrung eines diskreten Spurmusters ist, welches auf einer prägbaren Schicht einer Platte einzuprägen ist. Die Herstellung eines gemusterten Stempels ist in der Technik bekannt; demgemäß wird keine detaillierte Erörterung geliefert. Alternativ kann der Stempelkörper 110 keine gemusterte Oberfläche aufweisen.
  • In einer Ausführungsform enthält der Polymerüberzug 120 mono-funktionelle Perfluorpolyether-Moleküle, die durch eine einzige polare Gruppe, z.B. Hydroxyl, Carboxyl oder Amin, terminiert sind. In einer alternativen Ausführungsform enthält der Polymerüberzug 120 difunktionelle Perfluorpolyether-Verbindungen mit polaren Gruppen an beiden Enden der Moleküle. Die chemische Struktur des difunktionellen Perfluorpolyether-Moleküls 220 mit polaren Carboxylgruppen 221 und 222 ist in 2A veranschaulicht. Mono-funktionelle und difunktionelle Perfluorpolyether-Verbindungen sind in der Lage, starke kovalente Bindungen mit der Oberfläche eines Metall- oder Metalllegierungs-Stempels auszubilden. Die polaren Gruppen (z.B. die Gruppe 221 oder 222) reagieren mit der Oberfläche (z.B. der Oberfläche 115) des Stempelkörpers 110, und die fluorierte Polymerkette 225 richtet sich weg davon in Richtung Luft/Polymer-Grenzfläche aus. In einer Ausführungsform kann ein kommerzieller Perfluorpolyether mit dem Handelsnamen Z-Dol (M.G. 2000) mit endständiger Hydroxylgruppe verwendet werden. Die chemische Struktur von Z-Dol ist in 2B veranschaulicht. Z-Dol ist von Ausimont, Italien, erhältlich. Alternativ können andere Perfluorpolyether verwendet werden, z.B. AM3001, Z-Tetraol und Moresco-Verbindungen. Die chemischen Strukturen von AM3001, Z-Tetraol und Moresco sind in den 2C, 2D bzw. 2E veranschaulicht. Der überzogene Stempel 110 kann, wie nachstehend mit Bezug auf 3 erörtert, hergestellt werden.
  • 1B veranschaulicht eine alternative Ausführungsform eines Stempels mit mehreren Überzugsschichten. Eine Oxidschicht 130, z.B. SiO2, kann zwischen dem Körper 110 und dem Überzug 120 angeordnet sein. In einer Ausführungsform weist beispielsweise die Oxidschicht 130 eine Dicke 131 im ungefähren Bereich von 5 bis 50 Angström auf. Alternativ kann die Oxidschicht 130 eine Dicke 131 außerhalb dieses Bereichs aufweisen. Die Oxidschicht 130 kann die katalytische Wirkung eines Körpers 110 mit Ni-Oberfläche durch Isolierung der Fluorkohlenstoffe von der Ni-Oberfläche verringern. Die Oxidschicht 130 kann auch für eine gute Haftung des Überzugs 120 sorgen. Wenn beispielsweise ein Perfluorpolyether-Molekül mit Hydroxylgruppen verwendet wird, kann die Oxidschicht 130 Ankerstellen für die meisten der Hydroxylgruppen der fluorierten Moleküle bereitstellen. In einer alternativen Ausführungsform können andere Oxide für die Schicht 130 verwendet werden, z.B. TiO2. Die Oxidschicht 130 kann unter Verwendung von in der Technik bekannten Verfahren gebildet werden, beispielsweise Sputtern und chemischer Dampfabscheidung.
  • 3 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Stempels mit einem Fluorpolymer-Überzug. Ein Stempel mit einem Körper 110 wird in Schritt 310 bereitgestellt. Die Herstellung eines Stempelkörpers ist in der Technik bekannt; demgemäß wird keine detaillierte Erörterung bereitgestellt. Der Stempelkörper 110 kann dann mit einem Fluorpolymer überzogen werden, Schritt 330. In einer Ausführungsform kann der Stempelkörper 110 vor der Auftragung des Polymerüberzugs 120 gereinigt werden, wie durch Schritt 320 veranschaulicht. Der Stempelkörper 110 kann in einem Plasma (z.B. Sauerstoff- oder Wasserstoffplasma) gereinigt werden, um alle adsorbierten organischen Verunreinigungen zu entfernen, welche die Anbringung der polaren Gruppen auf der Oberfläche des Stempelkörpers 110 behindern könnten. In einer weiteren Ausführungsform können andere in der Technik bekannte Reinigungsverfahren verwendet werden, um den Stempelkörper 110 zu reinigen. Die Wirkung eines Reinigungsverfahrens kann durch Messen des Kontaktwinkels von Wasser auf der gereinigten Oberfläche überwacht werden, der für eine gute Wirksamkeit nahe Null sein sollte. Alternativ muss keine Reinigung des Stempelkörpers 110 vorgenommen werden.
  • In einer Ausführungsform kann die Oberfläche 115 des Stempelkörpers 110 mit einem Oxid beschichtet werden, Schritt 325. Das Oxid kann unter Verwendung von in der Technik bekannten Verfahren auf der Oberfläche 115 abgeschieden werden. Alternativ muss keine Oxidschicht auf dem Stempelkörper 110 abgeschieden werden.
  • Als nächstes wird die Oberfläche 115 des Stempelkörpers 110 mit einer Fluorpolymer-Verbindung (z. B. Perfluorpolyether) überzogen, Schritt 330. In einer Ausführungsform wird die Fluor-Verbindung vor ihrer Aufbringung auf die Oberfläche 115 polymerisiert. Die Fluorpolymer-Verbindung kann beispielsweise in flüssiger Form durch Auftragen einiger Tropfen reiner flüssiger Perfluorpolyether-Verbindung an einem oder mehreren Orten auf der Oberfläche 115 und anschließendes gleichförmiges Verteilen der Flüssigkeit auf der gesamten Oberfläche 115 des Stempelkörpers 110 aufgebracht werden. Alternativ kann die Stempeloberfläche unter Verwendung anderer Techniken, z.B. Tauchbeschichtung, Schleuderbeschichtung und chemischer Dampfabscheidung (CVD), überzogen werden.
  • Als nächstes wird der Überzug 120 auf dem Stempel 100 gehärtet, Schritt 340. In einer Ausführungsform kann das Härten durchgeführt werden, indem man den Stempel 100 erwärmt, um die überzogene 120 Oberfläche 115 über eine gewisse Dauer einer erhöhten Temperatur auszusetzen. Das Erwärmen kann durchgeführt werden, um eine starke Haftung zwischen dem Überzug 120 und der Oberfläche 115 des Stempelkörpers 110 zu bewirken. Wenn beispielsweise ein Metall/Metalllegierungs-Stempelkörper 110 mit einem Überzug 120 aus Perfluorpolyether (Z-Dol, M.G. 2000) mit endständiger Hydroxylgruppe verwendet wird, kann eine Wärmehärtung eine starke Haftung zwischen den Z-Dol- Molekülen im Überzug 120 und der Metalloberfläche 115 bewirken. In einer Ausführungsform kann das Härten im Bereich von etwa 100 bis 250°C durchgeführt werden. In einer Ausführungsform kann die Härtungseinwirkungszeit im Bereich von etwa 15 Minuten bis zu 1 Stunde liegen. In anderen Ausführungsformen können andere Temperaturen und Einwirkungszeiten verwendet werden. Nach dem Erwärmen kann der Stempel auf Raumtemperatur abgekühlt werden. Alternativ kann der Überzug von 120 ohne Erwärmen gehärtet werden, indem man beispielsweise wartet, bis sich die Fluorpolymer-Verbindung bei etwa der gleichen Temperatur verfestigt, bei der sie aufgetragen wurde, wie z.B. Raumtemperatur.
  • Dann kann in einem Schritt 350 ein Überschuss von unangebrachtem Fluorpolymer entfernt werden, indem man beispielsweise mit einem fluorierten Lösungsmittel spült. Alternativ muss die Entfernung von unangebrachtem Polymer nicht durchgeführt werden.
  • Wiederum mit Bezug auf 1A kann die Dicke 121 des aufgebrachten Überzugs 120 in einer Ausführungsform im Bereich von etwa 10 bis 25 Angström (Å) liegen. In alternativen Ausführungsformen weist der Überzug 120 eine andere Dicke 121 auf, die beispielsweise von der gewählten Temperatur und Einwirkungszeit des Härtens abhängen kann.
  • Der überzogene Stempel 100 kann eine Überzugsoberfläche 125 mit niedriger Reibung und niedriger Energie aufweisen, welche die Oberflächentrennung zwischen dem Stempel 100 und einer prägbaren Schicht einer Platte (z.B. einem Polymer) ohne signifikante Übertragung des (z.B. polymeren) Materials der prägbaren Schicht von der Platte auf den Stempel 100 erleichtert. Zusätzlich kann der Perfluorpolyether-Überzug 120 auf dem Stempel 100 auch eine Hochtemperaturbeständigkeit zeigen und dadurch ein wiederholtes Prägen von prägbaren Filmen bei erhöhten Temperaturen mit einer wirksamen Trennung der Oberfläche 125 von einer geprägten Platte ohne eine signifikante Materialübertragung ermöglichen.
  • In der vorangehenden Beschreibung ist die Erfindung mit Bezug auf spezielle beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden. Es ist jedoch offensichtlich, dass verschiedene Abwandlungen und Änderungen dabei vorgenommen werden können, ohne von dem breiteren Bereich der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen angegeben ist. Die Beschreibung und die Figuren sind demgemäß als Veranschaulichung und nicht als Beschränkung anzusehen.

Claims (31)

  1. Stempel, umfassend: einen Körper; und einen Pertluorpolyether-Polymerüberzug, der auf dem Körper angeordnet ist.
  2. Stempel nach Anspruch 1, bei dem der Überzug funktionelle Perfluorpolyether-Polymere umfasst.
  3. Stempel nach Anspruch 2, bei dem die Moleküle der funktionellen Perfluorpolyether-Polymere mit einem Hydroxyl terminiert sind.
  4. Stempel nach Anspruch 2, bei dem die Moleküle der funktionellen Perfluorpolyether-Polymere mit einem Carboxyl terminiert sind.
  5. Stempel nach Anspruch 2, bei dem die Moleküle der funktionellen Perfluorpolyether-Polymere mit einem Amin terminiert sind.
  6. Stempel nach Anspruch 1, bei dem der Überzug difunktionelle Perfluorpolyether-Polymere umfasst.
  7. Stempel nach Anspruch 6, bei dem die Moleküle der difunktionellen Perfluorpolyether-Polymere mit einem Hydroxyl terminiert sind.
  8. Stempel nach Anspruch 6, bei dem die Moleküle der difunktionellen Perfluorpolyether-Polymere mit einem Carboxyl terminiert sind.
  9. Stempel nach Anspruch 6, bei dem die Moleküle der difunktionellen Perfluorpolyether-Polymere mit einem Amin terminiert sind.
  10. Stempel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Überzug eine Dicke im Bereich von etwa 10 bis 25 Angström aufweist.
  11. Stempel nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der Körper Metall umfasst und eine gemusterte Oberfläche aufweist, wobei der Überzug auf der gemusterten Oberfläche angeordnet ist.
  12. Stempel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, weiter umfassend eine Oxidschicht, die zwischen dem Körper und dem Perfluorpolyether-Polymerüberzug angeordnet ist.
  13. Stempel nach Anspruch 12, bei dem die Oxidschicht SiO2 umfasst.
  14. Verfahren, umfassend: Bereitstellen eines Stempelkörpers mit einer Oberfläche; und Aufbringen einer polymerisierten Fluor-Verbindung auf der Oberfläche des Stempelkörpers.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, in dem die Fluor-Verbindung ein Perfluorpolyether-Polymer ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, in dem das Aufbringen eine Tauchbeschichtung umfasst.
  17. Verfahren nach Anspruch 15, in dem das Aufbringen eine chemische Dampfabscheidung umfasst.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, weiter umfassend das Reinigen der Oberfläche des Stempelkörpers vor dem Aufbringen der polymerisierten Fluor-Verbindung.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, in dem die Reinigung die Reinigung der Oberfläche in einem Sauerstoffplasma umfasst.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, weiter umfassend das Härten des Perfluorpolyether-Polymers.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, in dem das Härten das Erwärmen des Perfluorpolyether-Polymers umfasst.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, in dem das Härten weiter das Erwärmen des Perfluorpolyether-Polymers über eine Zeit im Bereich von etwa 10 bis 60 Minuten umfasst.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, in dem das Härten das Abkühlen des Perfluorpolyether-Polymers auf Raumtemperatur umfasst.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, weiter umfassend das Entfernen von Perfluorpolyether-Polymer, das nach dem Härten unangebracht an der Oberfläche des Stempelkörpers vorliegt.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, in dem das Entfernen das Spülen mit einem fluorierten Lösungsmittel umfasst.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 25, in dem der Stempel ein Muster von erhabenen Flächen und ausgenommenen Flächen aufweist.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, in dem das Härten das Erwärmen des Perfluorpolyether-Polymers bei einer Temperatur im Bereich von etwa 100 bis 250°C umfasst.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 27, weiter umfassend das Abscheiden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Stempelkörpers, wobei die Oxidschicht zwischen dem Stempelkörper und der polymerisierten Fluor-Verbindung angeordnet ist.
  29. Vorrichtung, umfassend: Mittel zum Erzeugen eines diskreten Spuraufzeichnungsmusters auf einer prägbaren Schicht einer digitalen Speicherplatte; und Mittel zum Hemmen der Materialübertragung von der prägbaren Schicht auf die Erzeugungsmittel.
  30. Vorrichtung nach Anspruch 29, bei der die Mittel zum Hemmen einen Film mit niedriger Energie und niedriger Reibung umfassen.
  31. Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, bei der die Mittel zum Hemmen einen Hochtemperatur-beständigen Film umfassen.
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