专利摘要:
Ein Stempel mit einem Perfluorpolyether-Überzug.
公开号:DE102004016340A1
申请号:DE200410016340
申请日:2004-04-02
公开日:2004-11-25
发明作者:Shaun H. Cupertino Chen;Andrew Morgan Hill Homola
申请人:WD Media LLC;
IPC主号:B05D7-24
专利说明:
[0001] Ausführungsformendieser Erfindung betreffen das Gebiet der Herstellung eines Platten-Stempels.
[0002] EinFestplatten-Laufwerk-System umfasst eine oder mehrere magnetischeSpeicherplatten und Steuerungsmechanismen für die Speicherung von Datenauf den Platten. Die Platten sind aus einem Substrat, das strukturiertsein kann, und mehreren Filmschichten aufgebaut. In den meistenSystemen wird ein Substrat auf Aluminium-Basis verwendet. Jedochweisen alternative Substratmaterialien, wie Glas, verschiedene Verhaltensvorteileauf, so dass es wünschenswertsein kann, ein Glassubstrat zu verwenden. Eine der Filmschichtenauf einer Speicherplatte ist eine Magnetschicht, die verwendet wird,um Daten zu speichern. Das Lesen und Schreiben der Daten wird durchFühreneines Schreib-Lese-Kopfs über diePlatte bewerkstelligt, um die Eigenschaften der Magnetschicht derPlatte zu ändern.Der Schreib-Lese-Kopf ist typisch ein Teil eines größeren Körpers oderist daran befestigt, welcher überdie Platte fliegt und als Schleifer [slider] bezeichnet wird.
[0003] DerTrend beim Entwurf von Platten-Laufwerken geht dahin, dass die Speicherdichtedes Laufwerksystems erhöhtwird. Ein Verfahren zur Erhöhungder Speicherdichten besteht darin, die Oberfläche der Platte mit einem Musterunter Bildung diskreter Datenspuren zu versehen, was als diskrete Spuraufzeichnung[discrete track recording (DTR)] bezeichnet wird. DTR-Platten weisentypisch eine Reihe von konzentrischen erhabenen Zonen (auch alsErhebungen, Grate, Land usw. bekannt), die Daten speichern, undausgenommenen Zonen (auch als Mulden, Täler, Rillen usw. bekannt) auf,die für eineIsolierung zwischen den Spuren sorgen, um Rauschen zu verringern.Derartige ausgenommene Zonen könnenauch Servo-Information speichern. Die ausgenommenen Zonen trennendie erhabenen Zonen, um die unbeabsichtigte Speicherung von Datenin den ausgenommenen Zonen zu verhindern oder zu verhüten.
[0004] EinVerfahren zur Erzeugung von DTR-Magnetspeicherplatten geschiehtdurch Nano-Eindrucklithographie- [nano imprint lithography (NIL)]Techniken. NIL beinhaltet die Verwendung eines vorgeprägten starrenFormwerkzeugs (auch als Stempel, Prägestempel usw. bekannt) miteiner Umkehr (negativem Abdruck) eines DTR-Musters. Der Stempelwird auf eine dünnePolymerschicht auf der Platte gepresst. Der Kopplungseinheit ausPlatte und Stempel wird häufigerwärmt,und dann wird der Stempel entfernt, was einen Abdruck des DTR-Musters auf der Polymerschichthinterlässt.
[0005] EinProblem bei derzeitigen NIL-Techniken besteht darin, dass polymeresMaterial von der Polymerschicht der Platte auf den Stempel übertragen werdenkann, wenn der Stempel von der Platte getrennt wird. Das übertragenepolymere Material bleibt dann als Rauhigkeiten auf dem Stempel,die letztlich auf die prägbareSchicht einer anschließendgeprägtenPlatte als Defekte (z.B. Vertiefungen und Hügel) während des Prägens übertragenwerden können. AlleRauhigkeitsvertiefungen können,wenn sie ausreichend groß sind,die Erzeugung eines gewünschtenSpurmusters stören,und alle Rauhigkeitserhebungen könnenden Betrieb der Platte stören,indem sie keine ausreichende Gleithöhe des Kopfs über der Platten-Oberfläche ermöglichen.Um das äußerst feineMuster zu erzeugen, das erforderlich ist, um eine hohe Empfindlichkeitzu erhalten, und um identische Nanostrukturen von einem Matrizenstempelim Massenumfang zu reproduzieren, ist eine minimale (idealerweisekeine) Übertragungvon polymeren Materialrauhigkeiten von der Polymerschicht der Platteauf den Stempel erforderlich.
[0006] EinVerfahren des Standes der Technik zur Bereitstellung eines Stempelsmit einem abnutzungsbeständigenTrennüberzugbeinhaltet die Polymerisation einer Fluor-Verbindung nach ihrerAufbringung auf den Stempel. Die Fluor-Verbindung wird in gasförmiger Formbereitgestellt und bei der Auftragung auf die Oberfläche desStempels plasmapolymerisiert.
[0007] Dievorliegende Erfindung wird mittels Beispiel und ohne Beschränkung inden Figuren der begleitenden Zeichnung veranschaulicht, in der:
[0008] 1A eine Ausführungsformeines Stempelkörpersveranschaulicht, der mit einem Fluorpolymer beschichtet ist;
[0009] 1B eine alternative Ausführungsformeines Stempels mit mehreren Überzugsschichtenveranschaulicht;
[0010] 2A die chemische Struktureines difunktionellen Perfluorpolyether-Moleküls mit polaren Carboxylgruppenveranschaulicht;
[0011] 2B die chemische Strukturvon Z-Dol veranschaulicht;
[0012] 2C die chemische Strukturvon AM3001 veranschaulicht;
[0013] 2D die chemische Strukturvon Ztetraol veranschaulicht;
[0014] 2E die chemische Strukturvon Moresco veranschaulicht;
[0015] 3 eine Ausführungsformeines Verfahrens zur Herstellung eines Stempels mit einem Fluorpolymer-Überzug veranschaulicht.
[0016] Inder folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezielle Details angegeben,wie Beispiele für spezielleMaterialien oder Komponenten, um für ein gründliches Verständnis dervorliegenden Erfindung zu sorgen. Es ist jedoch für den Fachmannersichtlich, dass diese speziellen Einzelheiten nicht verwendetwerden müssen,um die Erfindung durchzuführen.In anderen Fällensind bekannte Komponenten und Verfahren nicht in Einzelheiten beschrieben,um zu vermeiden, dass die vorliegende Erfindung unnötig unklargemacht wird.
[0017] DieAusdrücke "über" und "auf",wie hier verwendet, bezeichnen eine relative Lage einer Schicht mitBezug auf andere Schichten. So kann eine Schicht, die über oderauf einer anderen Schicht abgeschieden ist, direkt in Kontakt mitder anderen Schicht stehen, oder es können eine oder mehrere dazwischenliegende Schichten vorliegen.
[0018] Essollte bemerkt werden, dass die Apparatur und die Verfahren, diehier erörtertwerden, bei verschiedenen Arten von Platten verwendet werden können. Ineiner Ausführungsformkönnenbeispielsweise die Vorrichtung und die Verfahren, die hierin erörtert werden,mit einer Magnetspeicherplatte verwendet werden. Alternativ können dieVorrichtung und die Verfahren, die hier erörtert werden, mit anderen Artenvon digitalen Speicherplatten verwendet werden, z.B. mit optischenSpeicherplatten, wie einer Compact Disk (CD) und einer Digital-Versatile-Disk (DVD).
[0019] EinPrägewerkzeugoder ein Stempel kann verwendet werden, um ein diskretes Spurmusterauf einer Platte zu schaffen. Der Stempel ist mit einem dünnen Polymerfilm überzogen.In einer Ausführungsformist der Stempel mit Perfluorpolyether-Polymeren überzogen. Der überzogeneStempel kann eine Oberflächemit niedriger Reibung und niedriger Energie aufweisen, welche dieOberflächentrennung zwischendem Stempel und der prägbarenSchicht einer Platte (z.B. einem Polymer) ohne signifikante Übertragungdes prägbarenSchicht- (z.B. polymeren) Materials auf den Stempel erleichtert.Zusätzlich kannder Perfluorpolyether-Überzugauf dem Stempel auch eine Hochtemperaturbeständigkeit zeigen, was ein wiederholtesPrägenvon prägbarenFilmen bei erhöhtenTemperaturen mit einer wirksamen Oberflächentrennung ohne signifikanteMaterialübertragungermöglicht.
[0020] 1A veranschaulicht eineAusführungsformeines Stempelkörpers,der mit einem Fluorpolymer überzogenist. In einer Ausführungsformist der Stempelkörper 110 auseiner Nickel-Phosphor(NiP)-Metalllegierung zusammengesetzt. Alternativkönnenandere Metalllegierungen oder Metalle, beispielsweise Nickel, Chromund Kupfer, fürden Stempelkörper 110 verwendetwerden. In einer weiteren Ausführungsformkönnenandere starre Materialien fürden Stempelkörper 110 verwendetwerden, beispielsweise Glas und Keramik. Der Stempelkörper 110 kanneine gemusterte Oberfläche 115 aufweisen,die eine Umkehrung eines diskreten Spurmusters ist, welches aufeiner prägbarenSchicht einer Platte einzuprägenist. Die Herstellung eines gemusterten Stempels ist in der Technikbekannt; demgemäß wird keinedetaillierte Erörterunggeliefert. Alternativ kann der Stempelkörper 110 keine gemusterteOberflächeaufweisen.
[0021] Ineiner Ausführungsformenthältder Polymerüberzug 120 mono-funktionellePerfluorpolyether-Moleküle,die durch eine einzige polare Gruppe, z.B. Hydroxyl, Carboxyl oderAmin, terminiert sind. In einer alternativen Ausführungsformenthältder Polymerüberzug 120 difunktionellePerfluorpolyether-Verbindungen mit polaren Gruppen an beiden Endender Moleküle.Die chemische Struktur des difunktionellen Perfluorpolyether-Moleküls 220 mitpolaren Carboxylgruppen 221 und 222 ist in 2A veranschaulicht. Mono-funktionelleund difunktionelle Perfluorpolyether-Verbindungen sind in der Lage,starke kovalente Bindungen mit der Oberfläche eines Metall- oder Metalllegierungs-Stempelsauszubilden. Die polaren Gruppen (z.B. die Gruppe 221 oder 222)reagieren mit der Oberfläche(z.B. der Oberfläche 115) desStempelkörpers 110,und die fluorierte Polymerkette 225 richtet sich weg davonin Richtung Luft/Polymer-Grenzflächeaus. In einer Ausführungsform kannein kommerzieller Perfluorpolyether mit dem Handelsnamen Z-Dol (M.G.2000) mit endständiger Hydroxylgruppeverwendet werden. Die chemische Struktur von Z-Dol ist in 2B veranschaulicht. Z-Dolist von Ausimont, Italien, erhältlich.Alternativ könnenandere Perfluorpolyether verwendet werden, z.B. AM3001, Z-Tetraolund Moresco-Verbindungen. Die chemischen Strukturen von AM3001,Z-Tetraol und Moresco sind in den 2C, 2D bzw. 2E veranschaulicht. Der überzogeneStempel 110 kann, wie nachstehend mit Bezug auf 3 erörtert, hergestellt werden.
[0022] 1B veranschaulicht einealternative Ausführungsformeines Stempels mit mehreren Überzugsschichten.Eine Oxidschicht 130, z.B. SiO2,kann zwischen dem Körper 110 unddem Überzug 120 angeordnetsein. In einer Ausführungsformweist beispielsweise die Oxidschicht 130 eine Dicke 131 im ungefähren Bereichvon 5 bis 50 Angströmauf. Alternativ kann die Oxidschicht 130 eine Dicke 131 außerhalbdieses Bereichs aufweisen. Die Oxidschicht 130 kann diekatalytische Wirkung eines Körpers 110 mit Ni-Oberfläche durchIsolierung 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 verwendetwird, kann die Oxidschicht 130 Ankerstellen für die meistender Hydroxylgruppen der fluorierten Moleküle bereitstellen. In eineralternativen Ausführungsform können andereOxide fürdie Schicht 130 verwendet werden, z.B. TiO2.Die Oxidschicht 130 kann unter Verwendung von in der Technikbekannten Verfahren gebildet werden, beispielsweise Sputtern undchemischer Dampfabscheidung.
[0023] 3 veranschaulicht eine Ausführungsformeines Verfahrens zur Herstellung eines Stempels mit einem Fluorpolymer-Überzug.Ein Stempel mit einem Körper 110 wirdin Schritt 310 bereitgestellt. Die Herstellung eines Stempelkörpers istin der Technik bekannt; demgemäß wird keinedetaillierte Erörterungbereitgestellt. Der Stempelkörper 110 kanndann mit einem Fluorpolymer überzogenwerden, Schritt 330. In einer Ausführungsform kann der Stempelkörper 110 vorder Auftragung des Polymerüberzugs 120 gereinigtwerden, wie durch Schritt 320 veranschaulicht. Der Stempelkörper 110 kannin einem Plasma (z.B. Sauerstoff- oderWasserstoffplasma) gereinigt werden, um alle adsorbierten organischenVerunreinigungen zu entfernen, welche die Anbringung der polarenGruppen auf der Oberfläche desStempelkörpers 110 behindernkönnten.In einer weiteren Ausführungsformkönnenandere in der Technik bekannte Reinigungsverfahren verwendet werden,um den Stempelkörper 110 zureinigen. Die Wirkung eines Reinigungsverfahrens kann durch Messendes Kontaktwinkels von Wasser auf der gereinigten Oberfläche überwachtwerden, der füreine gute Wirksamkeit nahe Null sein sollte. Alternativ muss keineReinigung des Stempelkörpers 110 vorgenommenwerden.
[0024] Ineiner Ausführungsformkann die Oberfläche 115 desStempelkörpers 110 miteinem Oxid beschichtet werden, Schritt 325. Das Oxid kannunter Verwendung von in der Technik bekannten Verfahren auf derOberfläche 115 abgeschiedenwerden. Alternativ muss keine Oxidschicht auf dem Stempelkörper 110 abgeschiedenwerden.
[0025] Alsnächsteswird die Oberfläche 115 des Stempelkörpers 110 miteiner Fluorpolymer-Verbindung (z. B. Perfluorpolyether) überzogen,Schritt 330. In einer Ausführungsform wird die Fluor-Verbindungvor ihrer Aufbringung auf die Oberfläche 115 polymerisiert.Die Fluorpolymer-Verbindung kann beispielsweise in flüssiger Formdurch Auftragen einiger Tropfen reiner flüssiger Perfluorpolyether-Verbindungan einem oder mehreren Orten auf der Oberfläche 115 und anschließendes gleichförmiges Verteilender Flüssigkeitauf der gesamten Oberfläche 115 desStempelkörpers 110 aufgebrachtwerden. Alternativ kann die Stempeloberfläche unter Verwendung andererTechniken, z.B. Tauchbeschichtung, Schleuderbeschichtung und chemischerDampfabscheidung (CVD), überzogenwerden.
[0026] Alsnächsteswird der Überzug 120 aufdem 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 einegewisse Dauer einer erhöhtenTemperatur auszusetzen. Das Erwärmenkann durchgeführtwerden, um eine starke Haftung zwischen dem Überzug 120 und derOberfläche 115 desStempelkörpers 110 zubewirken. Wenn beispielsweise ein Metall/Metalllegierungs-Stempelkörper 110 miteinem Überzug 120 ausPerfluorpolyether (Z-Dol, M.G. 2000) mit endständiger Hydroxylgruppe verwendetwird, kann eine Wärmehärtung einestarke Haftung zwischen den Z-Dol- Molekülen im Überzug 120 und derMetalloberfläche 115 bewirken.In einer Ausführungsformkann das Härtenim Bereich von etwa 100 bis 250°Cdurchgeführtwerden. In einer Ausführungsformkann die Härtungseinwirkungszeitim Bereich von etwa 15 Minuten bis zu 1 Stunde liegen. In anderenAusführungsformenkönnenandere Temperaturen und Einwirkungszeiten verwendet werden. Nachdem Erwärmenkann der Stempel auf Raumtemperatur abgekühlt werden. Alternativ kann der Überzug von 120 ohneErwärmengehärtetwerden, indem man beispielsweise wartet, bis sich die Fluorpolymer-Verbindungbei etwa der gleichen Temperatur verfestigt, bei der sie aufgetragenwurde, wie z.B. Raumtemperatur.
[0027] Dannkann in einem Schritt 350 ein Überschuss von unangebrachtemFluorpolymer entfernt werden, indem man beispielsweise mit einemfluorierten Lösungsmittelspült.Alternativ muss die Entfernung von unangebrachtem Polymer nichtdurchgeführtwerden.
[0028] Wiederummit Bezug auf 1A kanndie Dicke 121 des aufgebrachten Überzugs 120 in einer Ausführungsformim Bereich von etwa 10 bis 25 Angström (Å) liegen. In alternativenAusführungsformen weistder Überzug 120 eineandere Dicke 121 auf, die beispielsweise von der gewählten Temperaturund Einwirkungszeit des Härtensabhängenkann.
[0029] Der überzogeneStempel 100 kann eine Überzugsoberfläche 125 mitniedriger Reibung und niedriger Energie aufweisen, welche die Oberflächentrennungzwischen dem Stempel 100 und einer prägbaren Schicht einer Platte(z.B. einem Polymer) ohne signifikante Übertragung des (z.B. polymeren) Materialsder prägbarenSchicht von der Platte auf den Stempel 100 erleichtert.Zusätzlichkann der Perfluorpolyether-Überzug 120 aufdem Stempel 100 auch eine Hochtemperaturbeständigkeitzeigen und dadurch ein wiederholtes Prägen von prägbaren Filmen bei erhöhten Temperaturenmit einer wirksamen Trennung der Oberfläche 125 von einergeprägten Platteohne eine signifikante Materialübertragungermöglichen.
[0030] Inder vorangehenden Beschreibung ist die Erfindung mit Bezug auf speziellebeispielhafte Ausführungsformenbeschrieben worden. Es ist jedoch offensichtlich, dass verschiedeneAbwandlungen und Änderungendabei vorgenommen werden können, ohnevon dem breiteren Bereich der Erfindung abzuweichen, wie er in denbeigefügtenAnsprüchenangegeben ist. Die Beschreibung und die Figuren sind demgemäß als Veranschaulichungund nicht als Beschränkunganzusehen.
权利要求:
Claims (31)
[1] Stempel, umfassend: einen Körper; und einenPertluorpolyether-Polymerüberzug,der auf dem Körperangeordnet ist.
[2] Stempel nach Anspruch 1, bei dem der Überzug funktionellePerfluorpolyether-Polymere umfasst.
[3] Stempel nach Anspruch 2, bei dem die Moleküle der funktionellenPerfluorpolyether-Polymere mit einem Hydroxyl terminiert sind.
[4] Stempel nach Anspruch 2, bei dem die Moleküle der funktionellenPerfluorpolyether-Polymere mit einem Carboxyl terminiert sind.
[5] Stempel nach Anspruch 2, bei dem die Moleküle der funktionellenPerfluorpolyether-Polymere mit einem Amin terminiert sind.
[6] Stempel nach Anspruch 1, bei dem der Überzug difunktionellePerfluorpolyether-Polymere umfasst.
[7] Stempel nach Anspruch 6, bei dem die Moleküle der difunktionellenPerfluorpolyether-Polymere mit einem Hydroxyl terminiert sind.
[8] Stempel nach Anspruch 6, bei dem die Moleküle der difunktionellenPerfluorpolyether-Polymere mit einem Carboxyl terminiert sind.
[9] Stempel nach Anspruch 6, bei dem die Moleküle der difunktionellenPerfluorpolyether-Polymere mit einem Amin terminiert sind.
[10] Stempel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Überzug eineDicke im Bereich von etwa 10 bis 25 Angström aufweist.
[11] Stempel nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis10, bei dem der KörperMetall umfasst und eine gemusterte Oberfläche aufweist, wobei der Überzug aufder gemusterten Oberflächeangeordnet ist.
[12] Stempel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, weiter umfassendeine Oxidschicht, die zwischen dem Körper und dem Perfluorpolyether-Polymerüberzug angeordnetist.
[13] Stempel nach Anspruch 12, bei dem die OxidschichtSiO2 umfasst.
[14] Verfahren, umfassend: Bereitstellen eines Stempelkörpers miteiner Oberfläche;und Aufbringen einer polymerisierten Fluor-Verbindung auf derOberflächedes Stempelkörpers.
[15] Verfahren nach Anspruch 14, in dem die Fluor-Verbindungein Perfluorpolyether-Polymer ist.
[16] Verfahren nach Anspruch 15, in dem das Aufbringeneine Tauchbeschichtung umfasst.
[17] Verfahren nach Anspruch 15, in dem das Aufbringeneine chemische Dampfabscheidung umfasst.
[18] Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, weiter umfassenddas Reinigen der Oberfläche desStempelkörpersvor dem Aufbringen der polymerisierten Fluor-Verbindung.
[19] Verfahren nach Anspruch 18, in dem die Reinigungdie Reinigung der Oberflächein einem Sauerstoffplasma umfasst.
[20] Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, weiter umfassenddas Härtendes Perfluorpolyether-Polymers.
[21] Verfahren nach Anspruch 20, in dem das Härten dasErwärmendes Perfluorpolyether-Polymers umfasst.
[22] Verfahren nach Anspruch 21, in dem das Härten weiterdas Erwärmendes Perfluorpolyether-Polymers übereine Zeit im Bereich von etwa 10 bis 60 Minuten umfasst.
[23] Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, in dem das Härten dasAbkühlendes Perfluorpolyether-Polymers auf Raumtemperatur umfasst.
[24] Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, weiter umfassenddas Entfernen von Perfluorpolyether-Polymer, das nach dem Härten unangebracht ander Oberflächedes Stempelkörpersvorliegt.
[25] Verfahren nach Anspruch 24, in dem das Entfernendas Spülenmit einem fluorierten Lösungsmittelumfasst.
[26] Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 25, in dem der Stempelein Muster von erhabenen Flächenund ausgenommenen Flächenaufweist.
[27] Verfahren nach Anspruch 26, in dem das Härten dasErwärmendes Perfluorpolyether-Polymers bei einer Temperatur im Bereich vonetwa 100 bis 250°Cumfasst.
[28] Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 27, weiter umfassenddas Abscheiden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Stempelkörpers, wobeidie Oxidschicht zwischen dem Stempelkörper und der polymerisiertenFluor-Verbindung angeordnet ist.
[29] Vorrichtung, umfassend: Mittel zum Erzeugeneines diskreten Spuraufzeichnungsmusters auf einer prägbaren Schichteiner digitalen Speicherplatte; und Mittel zum Hemmen der Materialübertragungvon der prägbarenSchicht auf die Erzeugungsmittel.
[30] Vorrichtung nach Anspruch 29, bei der die Mittelzum Hemmen einen Film mit niedriger Energie und niedriger Reibungumfassen.
[31] Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, bei der dieMittel zum Hemmen einen Hochtemperatur-beständigen Film umfassen.
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同族专利:
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引用文献:
公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
法律状态:
2008-02-14| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
优先权:
申请号 | 申请日 | 专利标题
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