JP2008034021A - 溝形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 より細い溝を基板上に安定して精度良く形成するための溝形成方法を提供することである。
【解決手段】 基板上に電子線レジストを塗布してレジスト層を形成することと、レジスト層に電子ビームを照射してレジスト層を露光することと、レジスト層を現像してレジスト層に所定の幅を有する線状の開口部を形成することと、開口部内に高分子膜を形成することと、開口部内に開口部の幅より狭い幅を有する高分子の凝集体を開口部の長手方向に沿って連続して形成することと、凝集体をマスクにして開口部内の基板に開口部の幅より狭い幅の溝を形成することと、レジスト層及び凝集体を除去することとを含む溝形成方法を提供することにより上記課題を解決する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板上に溝を形成する方法に関し、特に、電子ビームを用いた溝形成方法に関する。

近年、情報の大容量化に伴い、光記録を用いた高密度記録技術の開発が活発に行われている。光記録で記録可能な記録ビット径の下限は、現在のところ、光の回折の影響から５００ｎｍ前後と言われている。この回折限界は光の波長（λ）に比例し、さらに、レンズの性能指数(ＮＡ：開口数)に反比例する。このため、従来、光記録で高密度化を図る方法として、光の波長λを短波長化する方法、及び、絞り込みレンズを高ＮＡ化する方法が提案されている。

また、高密度記録を可能にするための別の方法としては、光の回折限界によらない光学現象を利用する方法がある。例えば、従来、ＳＩＬ（Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓ）を用いて高ＮＡ化を実現する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１で提案されている方法では、通常の光学レンズを用いたものより小さなスポット径が得られている。特許文献１では、まず、屈折率ｎが大きな透明物質からなる球面レンズを、例えば、半球面に研磨してＳＩＬを作製する。次に、絞り込みレンズで絞られたレーザ光をＳＩＬに入射して、その焦点をＳＩＬの底面に合せる。ＳＩＬの中に入ったレーザ光の速度は屈折率の分だけ遅くなり、波長は１／ｎとなり短くなる。すなわち、ＳＩＬ中での回折限界は通常の１／ｎとなり小さくなる。別の見方をすれば、これは、対物レンズのＮＡをｎ倍にしたことと同等になる。

また、従来から用いられている光記録用基板では露光プロセスにより予めトラッキング用の溝（グルーブ）などが形成される。それゆえ、上述したＳＩＬ等を用いて高記録密度化を図る場合には、トラッキング用の溝幅も従来より更に狭くした基板が必要となる。例えば、１テラバイト／平方インチ級の高密度記録媒体を作製するためには、トラッキング用の溝の幅が数１０ｎｍ程度となるような細溝を基板上に形成する必要がある。

米国特許第５，１２１，２５６号明細書

基板上に更なる細溝を形成するためには、上述したように、レーザビーム露光装置に搭載するレーザ光の波長を更に短くする方法が考えられるが、現状では溝幅が数１０ｎｍの溝を形成することは困難である。

また、ＳＩＬを用いて溝を形成する場合、ＳＩＬに入射される光の波長をλとすると、ＳＩＬ内では波長が１／ｎである光が伝播するため、分解能がｎ倍、すなわち、通常の１／ｎの回折限界が得られる。しかしながら、ＳＩＬの内部でＮＡを高められてもレーザ光がＳＩＬを抜けて空気中に出射されると、再び元のビームスポット径に戻ってしまう。そのため、ＳＩＬの底面と試料（例えば、ディスクの記録膜面など）との間をλ／４以下にして非常に接近（近接場）させる必要がある。それゆえ、レーザビーム露光装置にＳＩＬを用いた場合には、その構造が複雑となる。

上記理由から記録媒体の分野においても、数１０ｎｍ程度の溝幅を有する細溝を基板上に形成するために、半導体分野で知られている電子ビームを用いた電子ビーム露光技術を利用するようになってきた。ただし、記録媒体の分野で電子ビーム露光装置を応用する場合には、電子ビーム露光装置は基板を回転しながら露光するタイプに改良されている。しかしながら、このような電子ビーム露光装置においても、記録トラックピッチ（溝ピッチ）を小さくするために、基板露光時の基板１回転あたりの半径方向への電子ビームの移動距離（照射ピッチ）を小さくすると、従来のレーザビーム露光装置の場合と同様に、隣の溝を照射した際の影響を受けて最終的に形成される溝幅が広くなり、所望の細溝を形成するのが難しくなる（光の隣接効果）という問題が生じる。

本発明は、このような従来技術における問題点を解決し、従来より一層幅の狭い細溝を基板上に安定して形成する方法を提供することである。例えば、１テラバイト／平方インチ級の高密度記録媒体用の基板の作製を可能にする溝形成方法を提供することにある。

本発明の第１の態様に従えば、基板上に溝を形成する方法であって、基板上に電子線レジストを塗布してレジスト層を形成することと、上記レジスト層に電子ビームを照射して上記レジスト層を露光することと、上記レジスト層を現像して、上記レジスト層に所定の幅を有する線状の開口部を形成することと、上記開口部内に高分子材料を充填することと、上記高分子材料から上記開口部の幅より狭い幅を有し且つ上記開口部の長手方向に沿った高分子の凝集体を生じさせることと、上記凝集体をマスクにしてエッチングを行い上記基板に上記開口部の幅より狭い幅の溝を形成することと、上記レジスト層及び上記凝集体を除去することとを含む溝形成方法が提供される。

本発明の溝形成方法では、上記開口部内に形成される上記凝集体の列が複数の列を含むことが好ましい。

本発明の溝形成方法では、上記高分子材料が２つの異なる第１及び第２高分子材料を含み、上記高分子材料から上記開口部の幅より狭い幅を有し且つ上記開口部の長手方向に沿った高分子の凝集体を生じさせることが、上記高分子材料をアニールして、上記高分子材料を、上記開口部の長手方向に沿って連続した第１高分子材料からなる相と、上記開口部の長手方向に沿って連続した第２高分子材料からなる相とに分離することと、第１高分子材料からなる相及び第２高分子材料からなる相のいずれか一方を除去することとを含むことが好ましい。

また、本発明の溝形成方法では、上記高分子材料をアニールした際に、第１高分子材料からなる相と、第２高分子材料からなる相とがラメラ構造を形成することが好ましい。

本発明の溝形成方法を簡単に説明すると、まず、ガラス基板やＳｉ基板からなる基板上に、電子線レジストを所望の厚さで塗布してレジスト層を形成する。次いで、電子ビーム露光装置を用いてレジスト層に電子ビームを所定のパターンで照射してレジスト層を露光する。その後、露光したレジスト層を現像処理することにより所定の幅を有する線状の開口部（以下、露光溝ともいう）を形成する。

次に、異種のポリマー（第１及び第２ポリマー（第１及び第２高分子材料））を重合させた高分子材料をレジスト層の露光溝内に塗布して充填（装填）する。そして、この高分子材料をアニールする。この際、異種ポリマーを化学結合で繋げたブロック共重合体を用いた場合、高分子材料内には異種ポリマー間の反発力によりミクロドメイン構造と呼ばれる数１０ｎｍの周期を持つ規則構造が形成されることが知られている。特に、２種類のポリマーの体積分率を同じくらいにすると、第１ポリマーからなる相と、第２ポリマーからなる相とが高分子材料内でラメラ構造を形成する。また、このようなアニール等より自己組織化する高分子材料では、エネルギー的に最も安定な状態で凝集体が形成される。それゆえ、本発明のように露光溝内に凝集体を形成した場合には、表面エネルギーの関係から、露光溝のエッジ部（開口部の側壁）に近いところから凝集体が形成され、その結果、凝集体が露光溝の長手方向に沿って連続して形成される。

本発明の溝形成方法では、上述のように、高分子材料にブロック共重合体等を用い、アニール等により高分子材料内にラメラ状の構造を形成することにより、露光溝の長手方向に沿って連続した高分子の凝集体を安定して得ることができる。しかしながら、本発明の溝形成方法における高分子の凝集体の形成方法はこれに限定されない。マスクとしての凝集体を形成する方法としては、後述するＲＩＥ等のエッチング処理で基板上に溝を形成する際に、マスクの役目をする連続した凝集体が露光溝内に形成されるような方法であれば、任意の方法が用い得る。

次に、高分子の凝集体として残すポリマーの相以外のポリマーの相を酸素プラズマ処理等により除去する。そして、基板上に残った凝集体をマスクとしてエッチング処理等を施すと、凝集体間に露出した基板表面が掘り下げられ、基板上に溝が形成される。すなわち、露光溝よりも細い溝（以下、転写溝ともいう）が形成される。なお、本発明の溝形成方法では、上記エッチングがＲＩＥであることが好ましい。

最後に、基板上に残存した電子線レジスト及び凝集体を除去することにより、露光溝よりも狭い溝幅を有する転写溝が表面に形成された基板が得られる。なお、本明細書でいう、溝の「幅」とは、溝深さの半分の位置における溝の側壁間の距離のことをいう。

本発明の溝形成方法では、上記高分子材料がジブロックポリマーであることが好ましい。ジブロックポリマーとしては、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）とポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）からなるジブロックコポリマーなどが挙げられる。この組み合わせでは、ＲＩＥにより酸素プラズマ処理に対してエッチングレートが低いＰＭＭＡを選択的に除去することが可能となり、結果としてＰＳを凝集体として残すことができる。なお、凝集体の幅は用いる高分子材料の分子量によりほぼ決まる。また、ＰＳとＰＭＭＡとの体積分率を逆にして、ＰＭＭＡを凝集体として残しても良い。さらに、本発明では、高分子材料としては、ブロック共重合体に限らず、それと同様の効果が得られる物質であれば、任意の物質が用い得る。

本発明の溝形成方法では、さらに、上記基板と上記レジスト層との間に、上記溝の深さを調整するための下地層を設けることを含むことが好ましい。下地層としては、ＳｉＯ_２膜、ＺｎＳ−ＳｉＯ_２膜等が用い得る。

また、本発明の溝形成方法では、上記開口部内の上記凝集体の列数をＮ、上記開口部の長手方向に直交する方向のピッチをＴｐ、上記開口部の幅をＤ、上記溝のピッチをｔｐ、そして、上記溝の幅をｄとしたときに、
Ｔｐ＝（Ｎ＋１）×ｔｐ ・・・（１）
Ｄ＝ｄ＋Ｎ×ｔｐ ・・・（２）
ｔｐ―ｄ＝Ｔｐ−Ｄ ・・・（３）
の関係式が成立することが好ましい。

本発明の溝形成方法により基板上にピッチ及び幅が一定の転写溝を形成する場合、所望の転写溝のピッチｔｐ及び溝幅ｄと、凝集体の列の数Ｎとが決まれば、上記関係式（１）及び（２）により、電子ビームを照射してレジスト層に形成する露光溝のピッチＴｐと溝幅Ｄが求まる。また、露光溝のピッチＴｐと溝幅Ｄが求まれば、上記関係式（３）から、大まかな凝集体の幅（ｔｐ−ｄ）も計算により求まり、凝集体の幅がほぼｔｐ−ｄになるように高分子材料を構成する２種類のポリマー（第１及び第２高分子材料）の分子量及び２種類間の体積分率比を決めることができる。ただし、実際には、凝集体の幅が転写溝間の幅と一致するとは限らないので、必要に応じて予めエッチング後の転写溝間の幅と凝集体の幅との関係を求めておき、その関係に基づいて、凝集体の幅、すなわち、高分子材料を構成するポリマーの分子量等を適宜選定すればよい。

本発明の溝形成方法では、上記基板上に形成された溝のピッチ及び幅が一定であることが好ましい。

本発明の溝形成方法は高密度記録媒体用の基板の形成方法として好適であり、本発明の溝形成方法により電子ビーム照射により形成された露光溝よりも大幅に狭い溝を最終的に基板上に転写した場合には、それぞれの転写溝のトラックピッチが転写溝の長手方向に直交する方向（例えば、半径方向）で一定になるように、露光溝間に対応する転写溝間の幅と、凝集体に対応する転写溝間の幅とをほぼ等しくすることが好ましい。

更に、本発明の溝形成方法では、基板上に形成された、露光溝間に対応する転写溝間と、それと隣り合う凝集体に対応する転写溝間との間において、互いに対向するエッジ部（側壁部）間の距離が露光溝に対応する範囲内に渡って一定であるように露光溝及び凝集体を形成することが好ましい。これにより、実質、露光溝のトラックピッチに対して半分以下の狭いトラックピッチの転写溝を基板上に形成することができ、且つ、露光溝幅の半分よりも狭い転写溝幅が得られる。ここで、露光溝間に対応する転写溝間の幅と、凝集体に対応する転写溝間の幅とを露光溝の幅よりも狭い範囲で変化させることにより、転写溝と転写溝間との幅の比（デューティ比）を自由に変えることができる。

また、本発明の溝形成方法において、レジスト層の露光溝内に凝集体を２列以上形成した場合には、基板上に形成された転写溝の幅及びピッチが一定になるように、露光溝間に対応する転写溝と、それと隣り合う凝集体に対応する転写溝との距離が、露光溝に対応する範囲内においてほぼ均一であり、且つ、凝集体に対応する転写溝間同士の間の距離がほぼ均一となるように、露光溝及び凝集体を形成することが好ましい。

本発明の溝形成方法によれば、電子ビームにより形成される露光溝より狭い溝幅を有する溝を基板上に安定して形成することができる。すなわち、本発明の溝形成方法では、従来より非常に幅狭の溝を精度良く且つ安定して形成することができる。また、本発明の溝形成方法を用いて記録媒体用基板を作製した場合には、例えば、１テラバイト／平方インチ級の高密度記録媒体の作製も可能になる。

以下、図面を参照しながら、本発明の溝形成方法について具体的に説明するが、本発明はこれに限定されない。

本実施例における細溝の形成方法の手順を図１（ａ）〜（ｆ）に示した。なお、図１（ａ）〜（ｆ）は基板の一部の概略断面図である。まず、この例では、直径１３０ｍｍのＳｉ基板１を用意し、その上に、厚さ約１００ｎｍのＳｉＯ_２膜２（下地層）をスパッタ法により形成した。次いで、図１（ａ）に示すように、ＳｉＯ_２膜２上に、電子線レジスト（ＺＥＰ５２０）を回転塗布（膜厚約２００ｎｍ）し、その後、１８０℃、１０分の条件でプリベークを行った。この例では、このようにしてＳｉＯ_２膜２上にレジスト層３を形成した。

次いで、電子銃を搭載した電子ビーム露光装置を用いてレジスト層３に電子ビームを所定のパターンで照射し、レジスト層３を露光した。その後、露光したレジスト層３を現像処理して、図１（ｂ）に示すように、所定パターンの開口部４を形成した。この例では、レジスト層３に幅Ｄが約１４０ｎｍの線状の開口部４（以下、露光溝４ともいう）を形成した。また、この例では、露光溝４のトラックピッチＴｐを１８０ｎｍとした。次いで、レジスト層３のポストベークを行った。なお、図１では、説明を簡略化するために露光溝及び後述する転写溝の断面形状を矩形で示しているが、実際には露光ビーム入射側の方が奥側に比べて広くなる（溝の幅が底部に向かって狭くなる）。

次に、レジスト層３上に異なる２種類のポリマー（第１及び第２高分子材料）を重合させた高分子材料を回転塗布して、図１（ｃ）に示すように、レジスト層３の露光溝４内に充填し、高分子膜５を形成した。本実施例では、高分子膜５の形成材料として、分子量が約１００００のポリスチレン（ＰＳ）と、分子量が約３００００のポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）とを含むジブロックコポリマーを用いた。ジブロックコポリマーをレジスト層３上に塗布する際には、それをトルエンに１％の濃度で溶解した溶液を調整して使用した。なお、この例では、各ポリマーの体積分率がほぼ同じジブロックコポリマーを用いたが、ＰＳが凝集しやすくなるように多少その比率を制御している。

次いで、高分子膜５を形成した後、真空中で２３０℃、４時間の条件でアニールした。その結果、図１（ｄ）に示すように、ＰＭＭＡ６に挟まれ且つ露光溝４内の長手方向に沿って連続したＰＳからなる凝集体７が高分子膜５内に形成された。本実施例の場合には、高分子膜５内にラメラ構造が形成された。この例では、図１（ｄ）に示すように、露光溝４内には凝集体７の列が２列になるように形成し、凝集体７の幅を約４０ｎｍとし、ピッチを約６０ｎｍとした。なお、この例では、図１（ｄ）に示すように、高分子膜５内では、レジスト層３の側壁側からＰＭＭＡ／ＰＳ／ＰＭＭＡ／ＰＳ／ＰＭＭＡ／ＰＳの順に各相が形成されていた。これは、上述したように高分子膜５中の体積分率をＰＳが凝集しやすいように調整したため、ＰＳ７がＰＭＭＡ６に挟まれた構造になったものと考えられる。また、この例では、凝集体７は、図１（ｄ）に示すように等間隔で形成されていた。これは、本実施例では、高分子膜５をアニールしてポリマーの自己組織化を利用して凝集体を形成する方法であるので、ポリマーはエネルギー的により安定な状態で自己組織化するため、凝集体７が等間隔で配置されたものと考えられる。

また、この例では、図１（ｄ）に示すように、露光溝４間のレジスト層３の幅と凝集体７の幅とがほぼ同じとなり、且つ、露光溝４間のレジスト層３と凝集体７とが等間隔で配置されるように、露光溝４の幅及び凝集体７の形成材料を選定した。なお、露光溝４の幅及び凝集体７の形成材料の選定は、後述する関係式（１）〜（３）に基づいて行った。

次いで、アニール後（ラメラ構造の高分子膜５が形成された）の基板１に対して、ＣＦ_４ガスを用い、出力１００Ｗ、３０ｓｃｃｍ、０．１Ｔｏｒｒの条件で６０秒間リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）を行った。その結果、ＣＦ_４ガスに対してエッチング耐性の低いＰＭＭＡ６が選択的にエッチングされる。そして、さらにエッチングを続けると、図１（ｅ）に示すように、基板上に残存したＰＳの凝集体７及び露光溝４間のレジスト層８をマスクにしてＳｉ基板１上のＳｉＯ_２膜２がエッチングされて基板１上に溝９（以下、転写溝ともいう）が形成された。そして、この例では、転写溝９の底面が基板１の表面に達した時点でＲＩＥを停止した。この例では、転写溝９の幅ｄが２０ｎｍ、転写溝間の幅が４０ｎｍ、トラックピッチｔｐが６０ｎｍであった。最後に、Ｏ_２ガスを用いてＲＩＥを実施し、基板１上に残存したレジスト層３およびＰＳの凝集体７を除去した。上述のようにして、図１（ｆ）に示すように、露光溝４の幅（１４０ｎｍ）よりも狭い溝幅を有する転写溝９（溝幅２０ｎｍ）が表面に形成された細溝基板１００を得た。

なお、この例では、図１（ｅ）及び（ｆ）に示すように、転写溝９を形成する際に、転写溝９の底面が基板１の表面に達した時点でＲＩＥを停止した例を説明したが、本発明はこれに限定されない。転写溝９の深さは用途等に応じて適宜設定可能であり、転写溝９の底面が基板１の表面に達する前にＲＩＥを停止して、本実施例より浅い転写溝９を形成しても良いし、転写溝９の底面が基板１の表面に達した後もＲＩＥを続行して、本実施例より深い転写溝９を形成しても良い。

本実施例の細溝基板１００の作製方法では、露光溝４内の凝集体７の列の数Ｎ（Ｎは正の整数）を２、露光溝４のトラックピッチＴｐを１８０ｎｍ、露光溝４の幅Ｄを１４０ｎｍ、転写溝９のトラックピッチｔｐを６０ｎｍ、転写溝９の幅ｄを２０ｎｍとしたので、
Ｔｐ＝（Ｎ＋１）×ｔｐ ・・・（１）
Ｄ＝ｄ＋Ｎ×ｔｐ ・・・（２）
ｔｐ−ｄ＝Ｔｐ−Ｄ ・・・（３）
の関係式が成り立つ。

すなわち、本実施例の細溝基板１００の作製方法では、最終的に必要とする転写溝９のトラックピットｔｐ及び転写幅ｄと、凝集体７の列の数Ｎ（露光溝４内の転写溝９の数）を決めれば、上記関係式（１）及び（２）から露光溝４を形成する際の露光溝４のトラックピッチＴｐと露光溝４の幅Ｄを求めることができる。そして、露光溝４のトラックピッチＴｐと露光溝４の幅Ｄが求まれば、上記関係式（３）から、大まかな凝集体７の幅（ｔｐ−ｄ）が求まり、凝集体７の幅が、ほぼこの幅になるように、高分子膜に用いるブロック共重合体中の２種類のポリマーの分子量及び２種類のポリマー間の体積分率比を決めることができる。ただし、実際には、凝集体７の幅がそのまま転写溝９間の幅と一致するとは限らないので、予め凝集体７の幅と、ＲＩＥ後の転写溝９間の幅との関係を求めておき、その関係から凝集体７の幅を調整すればよい。

また、上記関係式（１）及び（２）から明らかなように、この例の細溝基板１００の作製方法を用いれば、実質、露光溝４のトラックピッチＴｐの半分以下の狭いトラックピッチの転写溝９が形成でき、さらに露光溝幅Ｄの半分より狭い転写溝９が得られる。

なお、この例の細溝基板の作製方法のように、上記関係式（１）〜（３）が成立する基板、すなわち、トラックピッチ及び幅が一定の転写溝を有する基板を作製するためには、いくつかの必要条件がある。以下、その条件について説明する。

１つ目の条件としては、電子ビームの照射により形成された露光溝４よりも幅の狭い転写溝９を、ＲＩＥにより基板１上に形成する際に、転写溝９のトラックピッチｔｐが半径方向（転写溝９の長手方向に直交する方向）で一定になるように、露光溝４間の領域に対応する転写溝９間の幅と、凝集体７の領域に対応する転写溝９間の幅とをほぼ等しくする必要がある。ここで、図２を用いてこの条件について詳細に説明する。

図２には、説明を簡略化するために、露光溝４内に凝集体７の列が１列形成されている場合の基板の一部の概略断面図を示した。図２（ａ）〜（ｃ）は、露光溝間８に対応する転写溝間１１の幅と、凝集体７に対応する転写溝間１０の幅との大小関係を変化させた場合の様子を示している。ただし、図２（ａ）〜（ｃ）では、露光溝４の幅Ｄ及び露光溝４のトラックピットＴｐは一定とし、凝集体７は露光溝４のほぼ中央部に形成されている場合を示している。また、図２（ａ）〜（ｃ）は、図１（ｅ）に対応する図面であり、ＲＩＥにより転写溝９が形成された直後の状態を示している。

図２（ａ）のように、露光溝間８に対応する転写溝間１１の幅が凝集体７に対応する転写溝間１０の幅より広い場合には、凝集体７に対応する転写溝間１０の両側に隣接する転写溝９のトラックピッチｔｐ１が、露光溝間８に対応する転写溝間１１の両側に隣接する転写溝９のトラックピットｔｐ２より小さくなる。一方、図２（ｃ）のように、露光溝間８に対応する転写溝間１１の幅が凝集体７に対応する転写溝間１０の幅より狭い場合には、凝集体７に対応する転写溝間１０の両側に隣接する転写溝９のトラックピッチｔｐ１が、露光溝間８に対応する転写溝間１１の両側に隣接する転写溝９のトラックピットｔｐ２より大きくなる。

それゆえ、基板上に形成された転写溝９の半径方向（図２上では左右方向）のトラックピッチｔｐを一定にするためには、図２（ｂ）に示すように、露光溝間８に対応する転写溝間１１の幅と、凝集体７に対応する転写溝間１０の幅とをほぼ等しくなるように、露光溝間８の幅及び凝集体７の幅を適宜調整する必要がある。露光溝間８は電子ビームの露光条件により調整することができ、凝集体７の幅は凝集体７を形成する高分子材料の分子量により調整することができる。それゆえ、露光溝間８に対応する転写溝間１１の幅と、凝集体７に対応する転写溝間１０の幅とをほぼ等しくするためには、作製する基板の仕様等に応じて、電子ビームの露光条件、及び凝集体に用いる高分子材料の分子量を適宜選定する必要がある。

なお、理想的には、露光溝間８に対応する転写溝間１１の幅と、凝集体７に対応する転写溝間１０の幅とを一致させるのが好ましいが、実際には露光マージンなどの影響で多少の幅の誤差が生じてしまうので、両者を完全に一致させることは難しい。しかしながら、その幅の誤差は、記録再生装置で問題とならない程度の誤差であれば良い。本実施例では、露光溝間に対応する転写溝間の幅と、凝集体に対応する転写溝間の幅との差を、２ｎｍ以下となるように調整している。また、露光溝間８に対応する転写溝間１１の幅と、凝集体７に対応する転写溝間１０の幅とを同じ大きさだけ同時に露光溝４の幅よりも狭い範囲で変化させることにより、転写溝９のデューティ比を自由に変えることができる。

また、上記関係式（１）〜（３）を成立させるための２つ目の条件としては、露光溝間に対応する転写溝間と、その両隣に形成された凝集体に対応する転写溝間との間で、互いに対向する側壁間の距離が露光溝が形成されている範囲に渡って一定である必要がある。図２で説明したように、露光溝間８に対応する転写溝間１１の幅と、凝集体７に対応する転写溝間１０の幅とをほぼ等しくしたとしても、露光溝間８に対応する転写溝間１１とその一方の側に隣接する転写溝間との距離（互いに対向する側壁間の距離）と、該露光溝間８に対応する転写溝間１１とその他方の側に隣接する転写溝間との距離とが異なれば、半径方向の転写溝９の幅が一定でなくなる。ここで、図３を用いてこの条件について詳細に説明する。

図３には、露光溝４が３列であり、各露光溝４内に凝集体７が１列形成されている場合の基板の一部の概略断面図を示した。図３（ａ）〜（ｃ）は、ＲＩＥで転写溝９を形成した直後の基板の概略断面図であり、露光溝４内の凝集体７の形成位置を変化させた場合の様子を示した図である。より具体的には、図３（ａ）〜（ｃ）は、露光溝間８Ａに対応する転写溝間１１Ａと図面上でその右隣に形成された凝集体７に対応する転写溝間１０との間の互いに対向する側壁間の距離ｄ１（転写溝の幅）と、その凝集体７に対応する転写溝間１０と図面上でその右隣に形成された露光溝間８Ｂに対応する転写溝間１１Ｂとの間の互いに対向する側壁間の距離ｄ２（転写溝の幅）との大小関係が変化した場合の様子を示した図である。図３（ａ）がｄ１＜ｄ２の場合を示した図であり、図３（ｂ）がｄ１≒ｄ２の場合を示した図であり、そして、図３（ｃ）がｄ１＞ｄ２の場合を示した図である。なお、図３（ａ）〜（ｃ）には、露光溝間に対応する転写溝間の幅と凝集体に対応する転写溝間の幅とがほぼ同じになる場合の例を示した。

図３（ａ）及び（ｃ）から明らかなように、ｄ１＜ｄ２またはｄ１＞ｄ２の場合、すなわち、凝集体が露光溝の中央に形成されていない場合には、転写溝９の半径方向（図面上では左右方向）のトラックピッチｔｐは同じとなるが、転写溝９の幅が一定でなくなる。それに対して、図３（ｂ）のように、ｄ１≒ｄ２とした場合、すなわち、凝集体が露光溝の中央に形成されている場合には、転写溝９の半径方向のトラックピッチ及び幅はほぼ一定となる。それゆえ、転写溝９の半径方向のトラックピッチ及び幅はほぼ一定となる基板を作製するためには、図３（ｂ）のように、露光溝４内の凝集体７の列の数が１列の場合には、露光溝４内の中央に凝集体７を形成する必要がある。なお、本実施例のように、２種類のポリマーからなる高分子膜をアニールしてポリマーの自己組織化を利用して凝集体を形成する方法により、露光溝内に凝集体を１列形成した場合には、ポリマーはエネルギー的により安定な状態で自己組織化するので、アニールするだけで凝集体はほぼ露光溝内の中央に形成されるものと考えられる。

また、ここで、露光溝に沿って形成された凝集体の列の数が２列以上の場合、例えば、図４に示したように３列の凝集体を形成した場合についても、上記関係式（１）〜（３）が成立するための上記２つ目の条件について説明する。なお、図４は、ＲＩＥで転写溝９を形成した直後の基板の一部の概略断面図である。

図４に示すように、露光溝４内に３列の凝集体７を形成した場合に、転写溝９の半径方向（図面上では左右方向）のトラックピッチ及び溝幅を一定にするためには、露光溝間８に対応する転写溝間１１とその隣に形成された凝集体７に対応する転写溝間１０との間の互いに対向する側壁間の距離ｄ１，ｄ２がほぼ一定であり、且つ、互いに隣り合う凝集体７に対応する転写溝間１０同士の側壁間の距離ｄ３，ｄ４も一定、すなわち、ｄ１≒ｄ２≒ｄ３≒ｄ４である必要がある。図１に示した露光溝４内に２列の凝集体７を形成した本実施例の基板では、ｄ１≒ｄ２≒ｄ３となるように、露光溝４の露光条件及び凝集体７を形成する高分子材料の分子量を適宜選定した。なお、本実施例では、ｄ１、ｄ２及びｄ３の差が最大でも２ｎｍ以下になるように調整した。

なお、上述した転写溝間の幅の差及び隣り合う転写溝間の距離の差は、最終的に形成しようとする転写溝の大きさによって異なる。また、記録再生装置の仕様によっても多少変わる。本発明では、転写溝間の幅の差及び隣り合う転写溝間の距離の差が、転写溝の大きさの１０％以内になるように細溝基板を作製することは好ましく、より好ましくは、５％以内になるように細溝基板を作製することが好ましい。なお、この例では、転写溝間の幅の差及び隣り合う転写溝間の距離の差が、転写溝の大きさの１０％以内になるように細溝基板を作製した。

また、本実施例で作製した細溝基板の溝形状を調べたところ、少なくとも転写溝の片側のエッジ部（側壁部）が、転写溝の長手方向にデータ情報やサーボ情報に寄与しない範囲内で且つ転写溝の幅よりも短い周期でうねっていることが分かった。これは、本実施例の細溝形成方法では、露光溝よりも狭い転写溝を得るために、露光溝内に長手方向に沿って連続した凝集体を形成し、これをマスクにして基板に直接転写しているため、凝集体のエッジ部（側壁部）の凹凸やうねりが転写されたためである。ただし、この凝集体のエッジ部の凹凸やある周期的なうねりが転写されても、データ情報やサーボ情報に寄与しない範囲内で且つ転写溝の幅よりも短い周期であれば情報の記録再生に問題はない。

上記実施例では、転写溝の深さを制御する為に、エッチングし易いＳｉＯ_２膜２を基板１と電子線レジスト３の間に転写溝深さ調整用下地膜として設けたが、本発明はこれに限定されない。例えば、表面が酸化されたＳｉ基板を用いた場合には、下地膜を設けずに直接基板に転写溝を形成しても良い。

上記実施例では露光溝４内にその長手方向に沿って連続した凝集体７を形成するために、ジブロックコポリマーのような異種高分子を化学結合で繋げたブロック共重合体を用いた例を説明したが、本発明はこれに限定されない。アニール等により、露光溝の長手方向に沿って連続した高分子の凝集体が形成され、且つＲＩＥを実施する際にマスクの役目をし得る材料であれば任意の材料が用い得る。

また、上記実施例では、露光溝４の長手方向に沿って連続した高分子の凝集体７を形成する際に、露光溝４内に形成した高分子膜をアニールすることにより、露光溝４内に高分子の凝集体７を形成したが、本発明はこれに限定されず、他の方法により露光溝４内の長手方向に沿って連続した高分子の凝集体７を形成してもよい。

上記実施例では自己組織化した凝集体に対応した部分が最終的に転写溝間となっているが、目的に応じて転写溝となっても良い。

上記実施例では、露光溝よりも狭い転写溝を得るために、電子ビームにより形成した露光溝内に長手方向に沿って連続した凝集体を形成し、これをマスクにしてエッチングを行い基板に直接溝を転写して細溝基板を得た。更に多くの細溝基板を得るために、本実施例で作製された細溝基板を原盤として、電鋳プロセスを経てニッケルスタンパを作製し、それを元にポリカーボネイト基板上に同一の細溝構造を転写しても良い。更に、このような電鋳プロセスを用いずに、直接細溝基板をマスターにしてナノインプリント法などにより同一構造の細溝基板（マスター基板とは凹凸が逆転した基板）を多数枚形成しても良い。

本発明の溝形成方法では、電子ビームにより形成される露光溝より狭い所望の溝幅を有する溝を基板上に安定して精度良く形成することができる。それゆえ、本発明の細溝形成方法は、例えば、１テラバイト／平方インチ級の高密度記録媒体用の基板の作製方法として好適である。

また、本発明の溝形成方法は、ディスク状の基板だけでなく、カード状の基板上に、非常に幅細の溝を形成する場合にも好適である。また、本発明の溝形成方法は、高密度記録用媒体の基板の形成方法だけでなく、例えば、ナノピラー（ナノスケール柱状構造）としてバイオデバイスの基板の形成方法にも用い得る。

図１（ａ）〜（ｆ）は、実施例における細溝基板の作製方法の手順を示す図である。 図２（ａ）〜（ｃ）は、凝集体の幅を変えた場合の転写溝のトラックピッチの変化を示した図である。 図３（ａ）〜（ｃ）は、凝集体の形成位置を変えた場合の転写溝の幅の変化を示した図である。 図４は、露光溝内に凝集体を３列設けた場合の本発明の細溝基板の概略断面図である。

符号の説明

１ Ｓｉ基板
２ ＳｉＯ_２膜
３ レジスト層
４ 露光溝
５ 高分子膜
６ ＰＭＭＡ部分
７ ポリスチレンからなる凝集体
８，８Ａ，８Ｂ 露光溝間
９ 転写溝
１０ 凝集体に対応する転写溝間
１１，１１Ａ，１１Ｂ 露光溝間に対応する転写溝間
１００ 細溝基板

Claims (9)

1. 基板上に溝を形成する方法であって、
   基板上に電子線レジストを塗布してレジスト層を形成することと、
   上記レジスト層に電子ビームを照射して上記レジスト層を露光することと、
   上記レジスト層を現像して、上記レジスト層に所定の幅を有する線状の開口部を形成することと、
   上記開口部内に高分子材料を充填することと、
   上記高分子材料から上記開口部の幅より狭い幅を有し且つ上記開口部の長手方向に沿った高分子の凝集体を生じさせることと、
   上記凝集体をマスクにしてエッチングを行い上記基板に上記開口部の幅より狭い幅の溝を形成することと、
   上記レジスト層及び上記凝集体を除去することとを含む溝形成方法。
2. 上記開口部内に形成される上記凝集体の列が複数の列を含むことを特徴とする請求項１に記載の溝形成方法。
3. 上記高分子材料が２つの異なる第１及び第２高分子材料を含み、
   上記高分子材料から上記開口部の幅より狭い幅を有し且つ上記開口部の長手方向に沿った高分子の凝集体を生じさせることが、
   上記高分子材料をアニールして、上記高分子材料を、上記開口部の長手方向に沿って連続した第１高分子材料からなる相と、上記開口部の長手方向に沿って連続した第２高分子材料からなる相とに分離することと、
   第１高分子材料からなる相及び第２高分子材料からなる相のいずれか一方を除去することとを含むことを特徴とする請求項１に記載の溝形成方法。
4. 上記高分子材料をアニールした際に、第１高分子材料からなる相と、第２高分子材料からなる相とがラメラ構造を形成することを特徴とする請求項２に記載の溝形成方法。
5. 上記高分子材料がジブロックポリマーであることを特徴とする請求項３または４に記載の溝形成方法。
6. 上記エッチングがＲＩＥであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の溝形成方法。
7. さらに、上記基板と上記レジスト層との間に、上記溝の深さを調整するための下地層を設けることを含む請求項１〜６のいずれか一項に記載の溝形成方法。
8. 上記開口部内の上記凝集体の列数をＮ、上記開口部の長手方向に直交する方向のピッチをＴｐ、上記開口部の幅をＤ、上記溝のピッチをｔｐ、そして、上記溝の幅をｄとしたときに、
   Ｔｐ＝（Ｎ＋１）×ｔｐ
   Ｄ＝ｄ＋Ｎ×ｔｐ
   ｔｐ―ｄ＝Ｔｐ−Ｄ
   の関係式が成立することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の溝形成方法。
9. 上記基板上に形成された溝のピッチ及び幅が一定であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の溝形成方法。
   

Images