JP2004027360A - Structure and method for manufacturing structure - Google Patents
Structure and method for manufacturing structure Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004027360A JP2004027360A JP2003058697A JP2003058697A JP2004027360A JP 2004027360 A JP2004027360 A JP 2004027360A JP 2003058697 A JP2003058697 A JP 2003058697A JP 2003058697 A JP2003058697 A JP 2003058697A JP 2004027360 A JP2004027360 A JP 2004027360A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- protrusion
- pores
- structure according
- manufacturing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナノスケールの間隔を有するナノサイズの凹凸構造を有し、さらには、記録媒体および光機能素子などとして利用可能な構造体及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
陽極酸化法による多孔質構造体の製造は、ナノメータからマイクロメータサイズの凹凸をもった構造が形成される簡易な手法として従来注目されていた。陽極酸化法は、一般に酸性溶液中に被加工物を浸し、これを陽極として電圧を印加することで表面に溶解と酸化現象を同時に起こし、微細な凹凸構造を形成するものである。この微細構造は、ある一定の条件(電圧、温度、酸の種類など)において自己組織的な規則性を示すことが知られており、記録媒体や光機能素子等の様々なナノデバイスへの利用が期待されている。
【0003】
一例としては、Alの陽極酸化であり、蓚酸やリン酸や硫酸水溶液中でAlを陽極として電圧を印加すると、バリヤー層(アルミナ)で覆われたナノホールが形成され、ポーラスな皮膜を得る事が出来る。他の金属でもこの現象は起こり得るが、Alが最も直進性の良い円柱細孔を得る事が出来る。この際、細孔間隔が規則的なもので間隔数十nm(非特許文献1)、不規則なものでは平均間隔約18nm、直径8nm(特許文献1)の細孔が得られる。
【0004】
また更に、陽極酸化法により形成したホール型の構造体を鋳型として用い、ピラー型の構造体も作製されている(図6)。特許文献2や非特許文献2等には、ホール型構造体(アルミニウム陽極酸化皮膜)102を鋳型として、その細孔103内部に樹脂や金属等の材料104を充填した後に鋳型を除去してピラー構造とするものが提案されている(非特許文献3)。これにより、半導体プロセスを用いた製造法では得られないナノメータサイズで且つ高アスペクト比を有する構造体を作製する事が出来る。ここで、アスペクト比とは、細孔の直径をx、細孔の深さをyとしたときのy/xを表す。
【0005】
ピラー構造作製のため、細孔内へ樹脂や金属等の材料を充填するには幾種類かの手法が考えられる。例えば、液状の樹脂を充填する場合では、真空中でホール開口部に滴下したり、遠心力による脱泡処理を行なったりすることなどがある。また、金属等を充填するにはスパッタリングないし蒸着が主であるが、これには綿密な条件設定が必要となり、ピラー構造体の高さを均一にするのも困難である。
【0006】
また、これらを充填した後に鋳型であるホール型構造体を除去し、ピラー型構造をスタンパ等として使用する場合には充填材を支持する基盤が必要となる。しかし、スタンパの突起物高さを一定にするため、充填材の支持基盤を接着剤等で固定するには、基板と厳密に平行になるようにしなければならない。
【0007】
陽極酸化法による細孔間隔も更に微細な構造且つ短時間で作製できるものが求められているが、電子線描画等で規則的な開始点を作製するには数十nmが限界であり、処理も長時間を要する。
【0008】
このように、これらの手法は手間・時間・経済性共に良好ではなく、これらを改善したより簡便な手法の開発が求められている。
【0009】
【特許文献1】
特開2000−195036号公報
【特許文献2】
特開平6−32675号公報
【非特許文献1】
Appl.Phys.Lett.,72,1173,1998
【非特許文献2】
Chemistry Letters,621,1990、Jpn.J.Appl.36,7791,1997
【非特許文献3】
J.Vac.Sci.Technol.B.,19(2),569,2001
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような課題に着目して成された物であり、その目的とするところは上述のような問題点を改善した容易かつ制御可能な凹凸構造を有する構造体、およびその製造方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、陽極酸化された被加工物の細孔の底部から、下地層の酸化ないし電気めっきによって内包物を形成し、その後被陽極酸化層を除去して得られるナノ構造体である。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明に係る凸部を有する構造体は、
第1の材料を含み構成される第1の層、該第1の層上に形成される第1の凸部、及び該第1の凸部の周囲に、陽極酸化し得る材料を含み構成される、複数の第2の凸部からなることを特徴とする。
【0013】
陽極酸化処理し得る材料とは、例えばアルミニウムやシリコンなどである。また、本発明に係る凸部を有する構造体の製造方法は、第1の層上に第2の層を備えた部材を用意する工程、該第2の層に細孔を形成する工程、該細孔内に突起部を形成する工程、及び該第2の層を除去する工程からなることを特徴とする。ここで、細孔を形成する工程は、被加工物のエッチングや陽極酸化により実現される。
【0014】
また、本発明の方法の一つは、基板4、下地層3および、アルミニウムを主成分とする被陽極酸化層2からなる被加工物1を陽極酸化して被陽極酸化層2に細孔7を形成する工程(1)と、それにより露出した下地層3を溶液中ないし酸素を主成分とする気体中において酸化し、細孔内部に突出した酸化物突起8を形成する工程(2)と、被陽極酸化層2を除去する工程(3)から成る(図1)。
【0015】
次に工程(2)として、下地層3を酸化しアルミナを侵さない溶液中または酸素を主成分とする気体中において下地層3を酸化すると、酸化物突起8は体積が増すため細孔底部から細孔内部へと充填されていく。ここで、使用する溶液はホウ酸アンモニウム、酒石酸アンモニウム、クエン酸アンモニウム水溶液等が好ましい。最後に、リン酸を含む水溶液等によって被陽極酸化層2を溶解除去すると、酸化物突起8による凸型構造体が得られる。
【0016】
本発明の他の方法は、基板4、下地層3および、アルミニウムを主成分とする被陽極酸化層2からなる被加工物1を陽極酸化して被陽極酸化層2に細孔7を形成する工程(1)と、電気めっきにより細孔7の底部から細孔内部に導電性物質突起13を形成する工程(4)と、被陽極酸化層2を除去する工程(3)から成る(図2)。
【0017】
工程(1)は上記の本発明の方法と同様であるが、ここで被加工物は下地層を有さないアルミニウム板でもよいし、絶縁性の基板4上にタングステン膜等の導電性下地層3を設け、更にその上にアルミニウム膜を積層したものでもよい。
【0018】
本発明の更に他の方法は、上記の本発明の方法ないし他の方法により作製される構造体の上部にスパッタや蒸着等の手法によって構造体と異なる材料を積層するものである(図3)。積層条件にもよるが、一般に積層物10の表面は下層の凸構造の表面形状を反映した凸形状となる。構造体の凸構造をスタンパとして用いる場合にはある程度の強度が求められ、初期の凸構造のみでは強度が弱すぎる場合には、タングステン(W)等の硬度の高い材料を積層して補強してよい。また、誘電率の異なる材料を繰り返し積層することで、3次元的な周期性を持つフォトニック結晶としての機能を実現することも可能である。
【0019】
本発明の別の方法は、更に他の方法の特殊な事例である。図5(a)に図示するように本発明の方法ないし他の方法による酸化物突起8ないし導電性物質突起13による凸構造の高さと、工程(3)における被陽極酸化層2の残留突起9の高さをほぼ同程度(好ましくは、前者と後者の差が200nm未満であること)にしておき、これを更に他の方法によりスタンパとして用い、作製した凹構造11を新たに陽極酸化の開始点とするものである。
【0020】
本発明の方法ないし他の方法の工程(1)の陽極酸化を始めるにあたり、前もって電子線(EB)等により規則的に配列した凹構造開始点を作製しておき、その間隔に対応した印加電圧下で陽極酸化を行なうと、規則的に配列した細孔が得られ、その結果として同様に規則的に配列した凸構造が得られる。被陽極酸化層の残留突起9は図4のように凸構造を重心とした六角形状に位置する三角錐である。これをスタンパとして作製される凹構造11を開始点とし(図5(b))、適当な印加電圧の下で再度陽極酸化を行なうと、スタンパを作製するために行なった陽極酸化による細孔の間隔Aに対し、間隔A/31/2 の細孔7を得る事が出来る。即ち、これを繰り返す事によって短時間で且つより微細な構造体を製造することが可能となる。
【0021】
本発明における構造体には、多数の凹構造が配置された面を有するホール型構造体及び多数の凸構造体が配置された面を有するピラー型構造体が含まれ、これらはナノオーダーの微細な構造を利用した光機能素子や記録媒体を形成するための基材として利用できる。本発明の構造体は、その凹凸構造面を形成する凸構造の直径の最大値あるいは凹構造の内径の最大値が1000nmを超えないものが好ましい。凹構造の代表的な形態は、断面がほぼ円形の柱状の中空部を形成するホールであり、凸構造の代表的な形態は、断面がほぼ円形の柱形状である。
【0022】
本発明の構造体におけるピラー型のものは、例えば、酸化により体積膨張を生じる材料からなる下地層上に、陽極酸化により微細な細孔を形成することができる材料からなる被陽極酸化層を積層し、被陽極酸化層を陽極酸化して層厚方向に伸びる多数の細孔を形成し、各細孔の底部に下地層を露出させた状態で露出部を酸化して膨張させ、下地層を構成する材料の酸化物からなる凸構造を形成する方法により得ることができる。
【0023】
本発明は、陽極酸化による凹型構造体の底部から材料を充填することによる凸型構造体の製造方法であり、これを利用して更に微細な凹型構造体を簡易に製造することができる。
【0024】
さらに、本発明の製造方法を利用することにより従来よりも微細かつ規則的な構造を有し、作製の容易なピラー型の凸構造を有する構造体を得ることができる。
【0025】
本発明の構造体を得るための方法の1態様は、凸構造を有するピラー型の構造体の製法であり、下地層3と被陽極酸化層2からなる被加工物1を陽極酸化して被陽極酸化層2に細孔7を形成する工程(図1(a))と、それにより露出した下地層3を酸化し、細孔7内部に突出した酸化物8を形成する工程(図1(c))と、被陽極酸化層2を除去する工程(図1(d))とから成る。なお、必要に応じて、陽極酸化により形成された細孔を酸性溶液で処理することにより更に拡大させることもできる。
【0026】
本発明における構造体の製造方法は、陽極酸化された被加工物の細孔の底部から、下地層の酸化ないし電気めっきによって内包物を形成し、その後被陽極酸化層を除去することで凸型構造体を製造するものである。
【0027】
本発明の方法は、基板4、下地層3および、アルミニウムを主成分とする被陽極酸化層2からなる被加工物1を陽極酸化して被陽極酸化層2に細孔7を形成する工程(1)と、それにより露出した下地層3を溶液中ないし酸素を主成分とする気体中において酸化し、細孔内部に突出した酸化物突起8を形成する工程(2)と、被陽極酸化層2を除去する工程(3)から成る(図1)。
【0028】
例えば、Si等の基板4上にスパッタや蒸着等によってW、Nb、Mo、Ta、Ti、Zr及びHfから選択された少なくとも一つの元素を含有する下地層3を形成し、その上にAlを主成分とする被陽極酸化膜2を形成する。なお、被陽極酸化被膜中2には、陽極酸化によるナノホール形成を阻害しない含量で他成分が含まれていてもよい。次に、これを陽極として処理液中で適当な電圧を印加し、下地層3が露出するまで細孔7を形成する(工程(1))(図1(a))。処理液は蓚酸、リン酸や硫酸水溶液もしくはこれらの混合物を使用するのが好ましい。また、他の酸性溶液を用いる事もできる。適当な印加電圧とは所望の細孔間隔から決まり、おおむね印加電圧(V)=細孔間隔(nm)/2.5であることが知られている。この時の温度は、処理液が凝固や沸騰をせず、被陽極酸化層の溶解が効率的に行なえる温度であればよい。
【0029】
次に工程(2)として、下地層3を酸化し、アルミナを侵さない溶液中において下地層3を酸化すると、酸化物8は体積が増すため、細孔底部から内部へと膨張し、突起物が形成される(図1(c))。ここで、使用する溶液はホウ酸アンモニウム、酒石酸アンモニウム、クエン酸アンモニウム水溶液等が好ましい。最後に、リン酸を含む水溶液等によって被陽極酸化層2を溶解除去すると、下地層酸化物8によるピラー型の凸型構造体が得られる(図1(d))。
【0030】
本発明の他の方法は、基板4、下地層3および、アルミニウムを主成分とする被陽極酸化層2からなる被加工物1を陽極酸化して被陽極酸化層2に細孔7を形成する工程(1)と、電気めっきにより細孔7の底部から細孔内部に導電性物質突起13を形成する工程(4)と、被陽極酸化層2を除去する工程(3)から成る(図2)。
【0031】
工程(1)は上記の本発明の方法と同様であるが、ここで被加工物は下地層を有さないアルミニウム板でもよいし、絶縁性の基板4上にタングステン膜等の導電性下地層3を設け、更にその上にアルミニウム膜を積層したものでもよい。
【0032】
次に工程(4)として、電気めっき浴内部に被加工物を浸漬し、細孔7の底部を電極としてめっきを行なう。めっき材料としてはCu、AgおよびCo等の種々の材料を使用することができる。めっき浴の種類は被陽極酸化層2のアルミナを侵さないものが好ましい。最後にリン酸水溶液とクロム酸水溶液の混合液等によって被陽極酸化層2を溶解除去すると、めっき材料による凸型構造体が得られる。
【0033】
本発明の更に他の方法は、上記の本発明の方法ないし他の方法により作製される構造体の上部にスパッタや蒸着等の手法によって構造体と異なる材料を積層するものである(図3)。積層条件にもよるが、一般に積層された材料10の表面は下層の凸構造の表面形状を反映した凸形状となる。
【0034】
構造体の凸構造をスタンパとして用いる場合には、ある程度の強度が求められ、初期の凸構造のみでは強度が弱い場合には、タングステン等の硬度の高い材料をその上に積層させるとよい。また、誘電率の異なる材料を斜入射成膜等で構造を保存しながら繰り返し積層することで、3次元的な周期性を持つフォトニック結晶としての機能を実現することも可能である。
【0035】
本発明の別の方法は、更に他の方法の特殊な場合である。図5(a)に図示するように本発明の方法ないし他の方法による酸化物突起8ないし導電性物質突起13による凸構造の高さと、工程(3)における被陽極酸化層2の残留突起9の高さをほぼ同程度(好ましくは、前者と後者の差が200nm未満であること)にしておき、これを更に他の方法によりスタンパとして用い、作製した凹構造11を新たに陽極酸化の開始点とするものである。この際、スタンパ中の凸構造8と被陽極酸化層2の除去後の残留突起9の高さの差は200nm以下であるのが好ましい。凸構造8と被膜陽極化層2の除去後の残留突起はどちらが高くてもよい。
【0036】
本発明の方法ないし他の方法の工程(1)の陽極酸化を始めるにあたり、前もって電子線(EB)等により規則的に配列した凹構造開始点を作製しておき、その間隔に対応した印加電圧下で陽極酸化を行なうと、規則的に配列した細孔が得られ、その結果として同様に規則的に配列した凸構造が得られる。被陽極酸化層の残留突起9は図4のように凸構造を重心とした六角形状に位置する三角錐である。これをスタンパとして作製される凹構造11を開始点とし(図5(b))、適当な印加電圧の下で再度陽極酸化を行なうと、スタンパを作製するために行なった陽極酸化による細孔の間隔Aに対し、間隔A/31/2 の細孔7を得る事が出来る。即ち、これを繰り返す事によって短時間で且つより微細な構造体を製造することが可能となる。
【0037】
陽極酸化は例えば、約100nm間隔のアルミナ凹凸構造体を作製するには、16℃、0.3mol/lの蓚酸水溶液中にて被陽極酸化物を陽極として40Vを印加するのが好ましい。作製した凹凸構造は、電子顕微鏡等により観察することができ、またその規則性はX線回折装置等により評価することが出来る。
【0038】
また、陽極酸化によるナノホール作製が不可能な物質に対しても凸構造を有する構造体をスタンパとして用いることでスタンパ中の細孔間隔よりも微細で不規則な構造を有する構造体を作製することが出来る。また、陽極酸化によるナノホール作製が可能な物質に対しても自己組織化が起こらない条件で陽極酸化を行なうことによって、不規則な構造を有する構造体を作製することが出来る。例えば、自己組織化を起こさない陽極酸化の条件は、処理液として燐酸溶液を用い、40V、16℃に設定することが出来る。不規則な構造を有する構造体は、例えば、構造体中に磁性体を埋め込むことによって構造体と同様、記録媒体および光機能素子などとして利用可能である。
【0039】
【実施例】
[実施例1]
構造体の作製
本発明の方法について一例を示す。
【0040】
本発明の方法は、図1に示すように下地層3とアルミニウムを主成分とする被陽極酸化層2からなる被加工物1を陽極酸化して被陽極酸化層2に細孔7を形成する工程(1)と、それにより露出した下地層3を溶液中において酸化し細孔内部に突出した酸化物突起8を形成する工程(2)と、被陽極酸化層2を除去する工程(3)から成る。
【0041】
なお、露出した下地層を酸化して酸化物突起8を形成する際には、酸素を含む雰囲気中で熱処理したり、あるいは該下地層の表層をエッチング除去した後酸素を含む雰囲気中で熱処理したりしてもよい。
【0042】
Siからなる基板4上に下地層3としてスパッタリングにより約100nmのNb膜を積層し、更に被陽極酸化層2として約1000nmのAl膜を積層した被加工物1を用いた。工程(1)として、この被加工物1を陽極として16℃の蓚酸水溶液中に浸し、印加電圧40Vで陽極酸化を行なうと、細孔壁に酸化Al(アルミナ)膜が形成されながら溶解・酸化が進行し、約100nm間隔で配列した細孔7が形成された(図1(a))。この条件は陽極酸化の自己組織化条件であり、長時間行なえば規則的に配列した細孔を得る事が出来る。
【0043】
細孔7がNb下地層3に達した時点で陽極酸化を終了し、水洗の後にリン酸水溶液中に40分ほど浸してアルミナ膜を溶解させて細孔径を拡大した(図1(b))。次に、工程(2)として、被加工物1を陽極としてホウ酸アンモニウム水溶液中に浸し、酸化を行なうと、体積膨張した酸化物が細孔内部に形成され、印加電圧に比例した高さのNb酸化物8が形成された(図1(c))。例えば、印加電圧50VのときにNb酸化物8の高さは約60nmであり、70Vで約120nm、100Vで約180nmであった。最後に工程(3)として、リン酸水溶液とクロム酸水溶液の混合液に浸してアルミナ部を除去すると、細孔が規則的であれば細孔間に残留したAlの凸構造体9が図4のようにNb酸化物8の間に残り、不規則であったならば多少崩れた配列になって残る。
【0044】
[実施例2]
本発明の他の方法について一例を示す。
【0045】
本発明の他の方法は、図2に示すように下地層3とアルミニウムを主成分とする被陽極酸化層2からなる被加工物1を陽極酸化して被陽極酸化層2に細孔7を形成する工程(1)と、電気めっきにより細孔7の底部から細孔内部に導電性物質突起13を形成する工程(4)と、被陽極酸化層2を除去する工程(3)から成る。
【0046】
工程(1)は上記の第1の実施例と同様であり、下地層3はタングステン膜である。この場合、細孔7とタングステン下地層3の間に導電部が出来るため、細孔内部から下地層にかけての通電が可能になる。次に工程(4)として、ニッケル電気めっき浴内部に被加工物を浸漬し、細孔7の底部を陰極としてめっきを行なう。めっき浴は一般的に酸性・強酸性のものが多いため、細孔のアルミナ膜5を侵蝕しないものを選択する事が好ましい。最後に工程(3)を実施例1と同様に行なうと、細孔間に残留したアルミニウムの残留突起9が図4のように得られ、細孔が不規則であったならばそれを反映した配列となって残る。
【0047】
[実施例3]
構造体の凹凸構造面上に保護層を有する構造体の作製
本発明の更に他の方法について一例を示す。
【0048】
本発明の更に他の方法は、図3に示すように上記実施例1または実施例2により作製される構造体の上部にスパッタや蒸気等の手法によって構造体と異なる材料を積層するものである。積層条件にもよるが、一般に積層物10の表面は下層の凸構造の表面形状を反映した凸形状となる。
【0049】
例として、作製した凸型構造体をスタンパとして用いる場合、Nb酸化物突起やNi酸化物突起では強度が弱すぎる場合がある。このようなとき、タングステン等の硬度の高い物質をスパッタで積層すると、図3のように表面形状を反映した凸型構造体が形成される。
【0050】
実施例1で作製した100nm間隔、印加
電圧70VのNb酸化物突起の高さは約120nmであり、これにタングステンを膜厚150nmだけスパッタすると、主にコラムの高さ280nm、高低差35nmのコラム状凸構造が得られ、凹部の曲率は低いまま保たれる。タングステンスパッタ前の構造に196MPa(2000kgf/cm2 )の荷重を加えたところ、Nb酸化物突起は潰れて平坦になったが、スパッタ後では形状に変化は見られなかった。
【0051】
[実施例4]
スタンパを用いた構造体の作製
本発明の別の方法について一例を示す。図5(a)に図示するように本発明の方法乃至他の方法による酸化物突起8ないし導電性物質突起13による凸構造の高さと、工程(3)における被陽極酸化層2の残留突起9の高さをほぼ同程度にしておき、これを更に他の方法によりスタンパとして用い、作製した凹構造11を新たに陽極酸化の開始点とするものである。
【0052】
実施例1と同様に、Siからなる基板4上に下地層3としてスパッタリングにより約100nmのNb膜を積層し、更に被陽極酸化層2として約1000nmのAl膜を積層した被加工物1を用いた。Al表面に電子線描画により規則的な100nm周期の三角格子からなる凹構造(図4)を作製しておき、実施例1の工程(1)と同様の条件で陽極酸化を行ない、リン酸水溶液とクロム酸水溶液の混合液に浸して細孔径を拡大した。この混合液は、Alよりもアルミナを優先的に溶解するため、細孔と細孔の中間部に存在するAl部分が数nm〜10数nmの高さの突起物9として残留した(図4)。
【0053】
次に、実施例1と同様にNb酸化物8を形成し、このとき図5(a)に示すようにNb酸化物8の高さが残留突起9の高さと同じになるように印加電圧を調整した。
【0054】
次に、実施例3と同様にスタンパとしての強度を得るためにタングステンを100nm程度スパッタリングし、図5(a)のような断面構造を有するスタンパを得た。ここでは、A=100nmである。次に、これをAl板12に294MPa(3000kgf/cm2 )の圧力でスタンパすると(図5(b))、表面にA/31/2 =58nmの周期を有する三角格子状の凹構造11ができた(図5(c))。10℃の蓚酸水溶液ないし、10℃のリン酸水溶液中にて印加電圧23Vで陽極酸化を行なうと、図5(d)のようにスタンパを作製するために行なった陽極酸化による細孔の周期Aに対し、周期A/31/2 と微細化された細孔を得る事が出来た。即ち、電子線描画等では不可能な間隔の周期構造を、この手法により作製することが出来た。
【0055】
【発明の効果】
このようにして本発明により作製した構造体は、例えば、細孔内に強磁性体を埋め込むことによって、磁気記録媒体として使用することもできる。この磁気記録媒体は、従来の記録媒体に比べて、ナノスケールのより微細且つ均一な構造を有しているため、従来よりも高密度の記録を可能とし、記録装置・媒体等の小型化を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を説明する断面図である。(a)は、被加工物1を陽極酸化して被陽極酸化層2に細孔7を形成する工程を表す図であり、(b)は、酸性溶液中で処理することにより、細孔7をさらに拡大させる工程を表す図であり、(c)は、露出した下地層3を酸化して細孔内部に突出した酸化物8を形成する工程を表す図であり、(d)は、被陽極酸化層2を除去する工程を表す図である。
【図2】本発明の他の方法を説明する断面図である。
【図3】構造体上に、構造体と異なる材料をさらに積層させた構造体を表す断面図である。
【図4】スタンパとして用いる構造体を表す上面図である。
【図5】本発明に係るピラー型構造体の製造方法を表す図である。(a)は、陽極酸化後にスパッタリングを行ったスタンパを表す断面図であり、(b)は、スタンパを用いてスタンプを行っている状態を表す模式図であり、(c)は、スタンプされた後のAl板の凹構造を表す断面図であり、(d)は、スタンプされた凹構造を開始点として陽極酸化を行った後の凹構造を表す断面図である。
【図6】従来のピラー型構造体の製造方法を表す図である。(a)は、ホール型構造体を表す断面図であり、(b)は、細孔103内部に樹脂や金属等の材料104を充填した状態を表す断面図であり、(c)は、鋳型102を除去した後のピラー型構造体を表す断面図であり、(d)は、ピラー構造体を鋳型としてスタンプや充填をし、構造転写を行っている状態を表す断面図である。
【符号の説明】
1 被加工物
2 被陽極酸化層
3 下地層
4 基板
5 アルミナ膜
6 アルミニウム膜
7 細孔
8 酸化物突起
9 残留突起
10 積層物
11 凸構造
12 アルミニウム
13 導電性物質突起
101 アルミニウム
102 アルミニウム陽極酸化皮膜
103 細孔
104 樹脂や金属等の材料
105 ホール型構造体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure having a nano-sized uneven structure having a nano-scale interval, and further usable as a recording medium, an optical functional element, and the like, and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
The production of a porous structure by anodization has conventionally attracted attention as a simple method for forming a structure having irregularities of nanometer to micrometer size. In the anodic oxidation method, generally, a workpiece is immersed in an acidic solution, and a voltage is applied using the workpiece as an anode to simultaneously cause dissolution and oxidation on the surface to form a fine uneven structure. This microstructure is known to exhibit self-organizing regularity under certain conditions (voltage, temperature, type of acid, etc.), and is used for various nanodevices such as recording media and optical functional devices. Is expected.
[0003]
An example is the anodic oxidation of Al. When a voltage is applied using Al as an anode in an aqueous solution of oxalic acid, phosphoric acid, or sulfuric acid, nanoholes covered with a barrier layer (alumina) are formed, and a porous film can be obtained. I can do it. This phenomenon can occur with other metals, but Al can provide cylindrical pores with the best straightness. At this time, pores having regular intervals of several tens of nm (Non-patent Document 1) are obtained, and irregular pores having an average interval of about 18 nm and a diameter of 8 nm (Patent Document 1).
[0004]
Further, a pillar-type structure is also manufactured using a hole-type structure formed by anodization as a template (FIG. 6). In
[0005]
Several methods are conceivable for filling a material such as a resin or a metal into the pores for producing a pillar structure. For example, when a liquid resin is filled, the resin may be dropped into a hole opening in a vacuum, or defoaming may be performed by centrifugal force. In order to fill a metal or the like, sputtering or vapor deposition is mainly used. However, this requires careful setting of conditions, and it is difficult to make the height of the pillar structure uniform.
[0006]
In addition, when the hole-type structure serving as a mold is removed after filling them and a pillar-type structure is used as a stamper or the like, a base for supporting the filler is required. However, in order to fix the support base of the filler with an adhesive or the like in order to keep the height of the protrusion of the stamper constant, the support must be strictly parallel to the substrate.
[0007]
The pore spacing by anodization is required to have a finer structure and to be able to be manufactured in a short time. However, to produce a regular starting point by electron beam drawing or the like, several tens nm is the limit. Also takes a long time.
[0008]
As described above, these methods are not good in labor, time, and economy, and there is a need for the development of a simpler method that improves these methods.
[0009]
[Patent Document 1]
JP 2000-195036 A [Patent Document 2]
JP-A-6-32675 [Non-Patent Document 1]
Appl. Phys. Lett. , 72, 1173, 1998
[Non-patent document 2]
Chemistry Letters, 621, 1990, Jpn. J. Appl. 36, 7791, 1997
[Non-Patent Document 3]
J. Vac. Sci. Technol. B. , 19 (2), 569, 2001.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a structure having an easily and controllable uneven structure in which the above-described problems have been improved, and a method of manufacturing the same. To provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention is obtained by forming inclusions by oxidizing or electroplating a base layer from the bottom of the pores of the anodized workpiece, and then removing the anodized layer. It is a nanostructure.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The structure having a convex portion according to the present invention,
A first layer including a first material, a first protrusion formed on the first layer, and a material surrounding the first protrusion including an anodizable material; And a plurality of second protrusions.
[0013]
The material that can be subjected to the anodizing treatment is, for example, aluminum or silicon. Further, the method for manufacturing a structure having a convex portion according to the present invention includes a step of preparing a member having a second layer on the first layer, a step of forming pores in the second layer, The method is characterized by comprising a step of forming a projection in the pore and a step of removing the second layer. Here, the step of forming the pores is realized by etching or anodic oxidation of the workpiece.
[0014]
One of the methods of the present invention is to anodize a workpiece 1 comprising a
[0015]
Next, as a step (2), when the
[0016]
According to another method of the present invention, a workpiece 1 comprising a
[0017]
Step (1) is the same as the method of the present invention described above, but the workpiece may be an aluminum plate having no underlayer, or a conductive underlayer such as a tungsten film on the insulating
[0018]
Still another method of the present invention is to laminate a material different from the structure by a technique such as sputtering or vapor deposition on a structure formed by the method of the present invention or another method described above (FIG. 3). . Although depending on the lamination conditions, the surface of the laminate 10 generally has a convex shape reflecting the surface shape of the lower layer convex structure. When the convex structure of the structure is used as a stamper, a certain degree of strength is required. When the initial convex structure alone is too weak, a material having high hardness such as tungsten (W) is laminated and reinforced. Good. Further, by repeatedly laminating materials having different dielectric constants, it is possible to realize a function as a photonic crystal having three-dimensional periodicity.
[0019]
Another method of the present invention is a special case of yet another method. As shown in FIG. 5A, the height of the convex structure formed by the
[0020]
Before starting the anodic oxidation in the step (1) of the method of the present invention or another method, a concave structure starting point regularly arranged by an electron beam (EB) or the like is prepared in advance, and an applied voltage corresponding to the interval is formed. When anodization is performed below, regularly arranged pores are obtained, and as a result, similarly regularly arranged convex structures are obtained. The residual projections 9 of the anodized layer are triangular pyramids located in a hexagonal shape with the convex structure as the center of gravity as shown in FIG. Starting from the
[0021]
The structure according to the present invention includes a hole-type structure having a surface on which a large number of concave structures are arranged and a pillar-type structure having a surface on which a large number of convex structures are arranged. It can be used as a base material for forming an optical functional element or a recording medium using a simple structure. The structure of the present invention is preferably one in which the maximum value of the diameter of the convex structure or the maximum value of the internal diameter of the concave structure that forms the uneven structure surface does not exceed 1000 nm. A typical form of the concave structure is a hole forming a columnar hollow portion having a substantially circular cross section, and a typical form of the convex structure is a column shape having a substantially circular cross section.
[0022]
The pillar-type structure in the structure of the present invention includes, for example, a anodic oxidized layer made of a material capable of forming fine pores by anodic oxidation on an underlayer made of a material which undergoes volume expansion by oxidation. Then, the anodized layer is anodically oxidized to form a large number of pores extending in the layer thickness direction. The exposed portion is oxidized and expanded in a state where the underlying layer is exposed at the bottom of each pore, and the underlying layer is formed. It can be obtained by a method of forming a convex structure made of an oxide of a constituent material.
[0023]
The present invention is a method for manufacturing a convex structure by filling a material from the bottom of the concave structure by anodic oxidation, and it is possible to easily manufacture a finer concave structure by utilizing this.
[0024]
Further, by using the manufacturing method of the present invention, it is possible to obtain a structure having a pillar-shaped convex structure which has a finer and regular structure than the conventional one and is easy to manufacture.
[0025]
One embodiment of the method for obtaining the structure of the present invention is a method of manufacturing a pillar-type structure having a convex structure. The workpiece 1 including the
[0026]
The method of manufacturing a structure according to the present invention includes forming an inclusion by oxidizing or electroplating an underlayer from the bottom of the pores of the anodized workpiece, and then removing the anodized layer to form a convex shape. A structure is manufactured.
[0027]
According to the method of the present invention, a step of forming a
[0028]
For example, an
[0029]
Next, in step (2), when the
[0030]
According to another method of the present invention, a workpiece 1 comprising a
[0031]
Step (1) is the same as the method of the present invention described above, but the workpiece may be an aluminum plate having no underlayer, or a conductive underlayer such as a tungsten film on the insulating
[0032]
Next, as a step (4), the workpiece is immersed in the electroplating bath, and plating is performed using the bottom of the
[0033]
Still another method of the present invention is to laminate a material different from the structure by a technique such as sputtering or vapor deposition on a structure formed by the method of the present invention or another method described above (FIG. 3). . Although depending on the lamination conditions, the surface of the
[0034]
When the convex structure of the structure is used as a stamper, a certain degree of strength is required. When the strength is low only with the initial convex structure, a material having high hardness such as tungsten may be laminated thereon. In addition, a function as a photonic crystal having three-dimensional periodicity can be realized by repeatedly laminating materials having different dielectric constants while preserving the structure by oblique incidence film formation or the like.
[0035]
Another method of the present invention is a special case of yet another method. As shown in FIG. 5A, the height of the convex structure formed by the
[0036]
Before starting the anodic oxidation in the step (1) of the method of the present invention or another method, a starting point of a concave structure which is regularly arranged by an electron beam (EB) or the like is prepared in advance, and an applied voltage corresponding to the interval is formed. When anodization is performed below, regularly arranged pores are obtained, and as a result, similarly regularly arranged convex structures are obtained. The residual projections 9 of the anodized layer are triangular pyramids located in a hexagonal shape with the convex structure as the center of gravity as shown in FIG. Starting from the
[0037]
For anodization, for example, in order to produce an alumina uneven structure at intervals of about 100 nm, it is preferable to apply 40 V at 16 ° C. in a 0.3 mol / l oxalic acid aqueous solution with the anodized oxide as an anode. The produced concavo-convex structure can be observed with an electron microscope or the like, and its regularity can be evaluated with an X-ray diffractometer or the like.
[0038]
In addition, by using a structure that has a convex structure as a stamper even for a substance that cannot produce nanoholes by anodic oxidation, it is possible to produce a structure that has a finer and irregular structure than the pore spacing in the stamper. Can be done. In addition, a structure having an irregular structure can be manufactured by performing anodic oxidation on a substance capable of forming nanoholes by anodic oxidation under the condition that self-organization does not occur. For example, the conditions of anodic oxidation that do not cause self-assembly can be set to 40 V and 16 ° C. using a phosphoric acid solution as a processing solution. A structure having an irregular structure can be used as a recording medium and an optical functional element, for example, by embedding a magnetic material in the structure, like the structure.
[0039]
【Example】
[Example 1]
Fabrication of Structure An example of the method of the present invention will be described.
[0040]
According to the method of the present invention, as shown in FIG. 1, a workpiece 1 composed of a
[0041]
When the exposed underlayer is oxidized to form the
[0042]
A workpiece 1 in which an Nb film of about 100 nm was laminated as a
[0043]
When the
[0044]
[Example 2]
An example of another method of the present invention will be described.
[0045]
According to another method of the present invention, as shown in FIG. 2, a workpiece 1 comprising an
[0046]
Step (1) is the same as in the first embodiment, and the
[0047]
[Example 3]
Fabrication of Structure Having Protective Layer on Irregular Structure Surface of Structure The following is an example of still another method of the present invention.
[0048]
According to still another method of the present invention, as shown in FIG. 3, a material different from the structure is laminated on the structure manufactured by the above-described
[0049]
As an example, when the produced convex structure is used as a stamper, the Nb oxide projection or the Ni oxide projection may have too low strength. At this time, when a material having high hardness such as tungsten is laminated by sputtering, a convex structure reflecting the surface shape is formed as shown in FIG.
[0050]
The height of the Nb oxide protrusion formed at the interval of 100 nm and the applied voltage of 70 V manufactured in Example 1 is about 120 nm, and when tungsten is sputtered to a thickness of 150 nm, the column mainly has a column height of 280 nm and a height difference of 35 nm. A convex structure is obtained, and the curvature of the concave portion is kept low. When a load of 196 MPa (2000 kgf / cm 2 ) was applied to the structure before tungsten sputtering, the Nb oxide protrusions were crushed and flattened, but no change was observed in the shape after sputtering.
[0051]
[Example 4]
Fabrication of Structure Using Stamper An example of another method of the present invention will be described. As shown in FIG. 5A, the height of the convex structure formed by the
[0052]
In the same manner as in Example 1, a workpiece 1 in which an Nb film of about 100 nm is laminated as a
[0053]
Next, an
[0054]
Next, in order to obtain the strength as a stamper, tungsten was sputtered by about 100 nm in the same manner as in Example 3 to obtain a stamper having a sectional structure as shown in FIG. Here, A = 100 nm. Next, when this is stamped on the
[0055]
【The invention's effect】
The structure thus produced according to the present invention can be used as a magnetic recording medium, for example, by embedding a ferromagnetic material in pores. Since this magnetic recording medium has a finer and more uniform structure on the nanoscale than the conventional recording medium, it enables high-density recording and reduces the size of recording devices and media. Make it possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a method of the present invention. (A) is a diagram showing a process of forming
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating another method of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure in which a material different from the structure is further laminated on the structure.
FIG. 4 is a top view illustrating a structure used as a stamper.
FIG. 5 is a view illustrating a method of manufacturing a pillar type structure according to the present invention. (A) is sectional drawing showing the stamper which performed sputtering after anodization, (b) is the schematic diagram showing the state which is stamping using a stamper, (c) is stamped. It is sectional drawing showing the concave structure of the Al plate after, and (d) is sectional drawing showing the concave structure after performing anodic oxidation starting from the stamped concave structure as a starting point.
FIG. 6 is a view illustrating a conventional method of manufacturing a pillar type structure. (A) is a cross-sectional view illustrating a hole-type structure, (b) is a cross-sectional view illustrating a state in which a
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (17)
第1の材料を含み構成される第1の層、該第1の層上に形成される第1の凸部、及び該第1の凸部の周囲に、陽極酸化し得る材料を含み構成される、複数の第2の凸部からなることを特徴とする構造体。A structure having a convex portion,
A first layer including a first material, a first protrusion formed on the first layer, and a material surrounding the first protrusion including an anodizable material; A structure comprising a plurality of second protrusions.
第1の層上に第2の層を備えた部材を用意する工程、
該第2の層に細孔を形成する工程、
該細孔内に突起部を形成する工程、及び
該第2の層を除去する工程
からなることを特徴とする構造体の製造方法。A method for manufacturing a structure having a convex portion,
Preparing a member having a second layer on the first layer;
Forming pores in the second layer;
A method for manufacturing a structure, comprising a step of forming a projection in the pore and a step of removing the second layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003058697A JP4136723B2 (en) | 2002-03-27 | 2003-03-05 | Structure and manufacturing method of structure |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002088206 | 2002-03-27 | ||
JP2002128465 | 2002-04-30 | ||
JP2003058697A JP4136723B2 (en) | 2002-03-27 | 2003-03-05 | Structure and manufacturing method of structure |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004027360A true JP2004027360A (en) | 2004-01-29 |
JP2004027360A5 JP2004027360A5 (en) | 2006-04-20 |
JP4136723B2 JP4136723B2 (en) | 2008-08-20 |
Family
ID=31191844
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003058697A Expired - Fee Related JP4136723B2 (en) | 2002-03-27 | 2003-03-05 | Structure and manufacturing method of structure |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4136723B2 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006283122A (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Canon Inc | Production method of nanostructure |
JP2008075175A (en) * | 2006-08-24 | 2008-04-03 | Canon Inc | Method of producing structure |
WO2010124301A2 (en) * | 2009-04-24 | 2010-10-28 | Wolf Oetting | Methods and devices for an electrically non-resistive layer formed from an electrically insulating material |
JP2011089200A (en) * | 2009-09-28 | 2011-05-06 | Kanagawa Acad Of Sci & Technol | Method and apparatus for manufacturing anodized porous alumina, anodized porous alumina manufactured by the method, molded product manufactured by using anodized porous alumina as casting mold, reflection preventive article and water-repellent article |
-
2003
- 2003-03-05 JP JP2003058697A patent/JP4136723B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006283122A (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Canon Inc | Production method of nanostructure |
JP4621058B2 (en) * | 2005-03-31 | 2011-01-26 | キヤノン株式会社 | Method for producing nanostructure |
JP2008075175A (en) * | 2006-08-24 | 2008-04-03 | Canon Inc | Method of producing structure |
WO2010124301A2 (en) * | 2009-04-24 | 2010-10-28 | Wolf Oetting | Methods and devices for an electrically non-resistive layer formed from an electrically insulating material |
WO2010124301A3 (en) * | 2009-04-24 | 2011-03-03 | Wolf Oetting | Methods and devices for an electrically non-resistive layer formed from an electrically insulating material |
JP2011089200A (en) * | 2009-09-28 | 2011-05-06 | Kanagawa Acad Of Sci & Technol | Method and apparatus for manufacturing anodized porous alumina, anodized porous alumina manufactured by the method, molded product manufactured by using anodized porous alumina as casting mold, reflection preventive article and water-repellent article |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4136723B2 (en) | 2008-08-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6982217B2 (en) | Nano-structure and method of manufacturing nano-structure | |
JP3714507B2 (en) | Method for producing porous anodized alumina film | |
JP4681938B2 (en) | Method for producing nanostructure | |
JP2005008909A (en) | Structure manufacturing method | |
WO1998009005A1 (en) | Method of manufacturing porous anodized alumina film | |
JP2009037706A (en) | Structure and method of manufacturing the same | |
JP2002285382A (en) | Anodically oxidized porous alumina and method for manufacturing the same | |
JP4681939B2 (en) | Method for producing nanostructure | |
JP5365903B2 (en) | Aluminum alloy-formed substrate and manufacturing method thereof | |
JP3729449B2 (en) | Structure and device having pores | |
Ono et al. | Nanopatterning of silicon with use of self-organized porous alumina and colloidal crystals as mask | |
JP5094208B2 (en) | Manufacturing method of structure | |
Vorobyova et al. | SEM investigation of pillared microstructures formed by electrochemical anodization | |
JP4865240B2 (en) | Method for manufacturing structure, method for manufacturing magnetic recording medium, method for manufacturing molded body | |
JP4136723B2 (en) | Structure and manufacturing method of structure | |
JP2002004087A (en) | Method for manufacturing nanostructure and nanostructure | |
JP4641442B2 (en) | Method for producing porous body | |
US6986838B2 (en) | Nanomachined and micromachined electrodes for electrochemical devices | |
JP2003342791A (en) | Structure having hole and method for producing the same | |
Asoh et al. | Pt–Pd-embedded silicon microwell arrays | |
JP4603834B2 (en) | STRUCTURE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND POROUS BODY | |
JP4125151B2 (en) | Manufacturing method of structure | |
JP2007149202A (en) | Manufacturing method of magnetic device | |
EP2630078B1 (en) | Nano-scale structures | |
US9447513B2 (en) | Nano-scale structures |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060303 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060303 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070903 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071024 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071225 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080528 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080603 |
|
R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110613 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120613 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120613 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130613 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |