JP2008156745A - 構造体およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも、基材上に設けられた鋳型の表面に、無電解めっきにより形成される金属層を含む被覆膜を形成する工程と、前記被覆膜の一部または全部を残したまま、前記鋳型の一部または全部を除去する工程とを行うことにより前記基材上に構造体を形成し、前記基材と前記構造体とを分離する。または、少なくとも、基材上に設けられた鋳型の表面に、無電解めっきにより形成される金属層を含む被覆膜を形成する工程と、前記被覆膜の一部を除去する工程とを行うことにより前記基材上に構造体を形成し、前記基材と前記構造体とを分離する。
【選択図】なし
Description
従来の、微細な構造体の製造方法としては、鋳型法と呼ばれる手法や、リソグラフィー法を用いる方法などが知られている。例えば非特許文献1には、鋳型微粒子を溶液に分散させて、該鋳型微粒子の表面を薄膜で被覆した後、鋳型微粒子を除去することによって、球状カプセル型の中空三次元構造を有するナノ材料を製造する方法が提案されている。
また、本出願人等は、ナノパターンが形成された鋳型表面を、金属酸化物膜や、金属酸化物と有機化合物との複合膜で被覆し、最終的に該鋳型を除去することによりナノ構造体を製造する方法を提案している(特許文献1〜2参照。)。
アドバンスド・マテリアルズ,13(1),11−22頁(2001年)
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、金属層を含む微細な構造体を簡便に製造できる製造方法および該製造方法により製造される構造体を提供することを目的とする。
すなわち、本発明の第一の態様は、少なくとも、基材上に設けられた鋳型の表面に、無電解めっきにより形成される金属層を含む被覆膜を形成する工程と、前記被覆膜の一部または全部を残したまま、前記鋳型の一部または全部を除去する工程とを行うことにより前記基材上に構造体を形成し、前記基材と前記構造体とを分離することを特徴とする構造体の製造方法である。
本発明の第二の態様は、少なくとも、基材上に設けられた鋳型の表面に、無電解めっきにより形成される金属層を含む被覆膜を形成する工程と、前記被覆膜の一部を除去する工程とを行うことにより前記基材上に構造体を形成し、前記基材と前記構造体とを分離することを特徴とする構造体の製造方法である。
本発明の第三の態様は、前記第一の態様または第二の態様の構造体の製造方法により製造される構造体である。
本発明の第四の態様は、前記第一の態様または第二の態様の構造体の製造方法により製造されるテープである。
本発明の第五の態様は、前記第一の態様または第二の態様の構造体の製造方法により製造されるシリンダである。
本発明の第一の態様の構造体の製造方法(以下、本発明の製造方法(1)ということがある。)は、少なくとも、基材上に設けられた鋳型の表面に、無電解めっきにより形成される金属層を含む被覆膜を形成する工程(以下、被覆膜形成工程という。)と、前記被覆膜の一部または全部を残したまま、前記鋳型の一部または全部を除去する工程(鋳型除去工程)とを行うことにより前記基材上に構造体を形成し、前記基材と前記構造体とを分離することを特徴とする。
<基材、鋳型>
本発明の製造方法(1)では、まず、鋳型が設けられた基材を用意する。
基材は、その上に鋳型が形成できるものであれば、その種類は特に限定されず、たとえばシリコン、銅、クロム、鉄、アルミニウム等の金属、ガラス、酸化チタン、シリカ、マイカなどの無機物からなる基材、アクリル板、ポリスチレン、セルロース、セルロースアセテート、フェノール樹脂などの有機化合物からなる基材などが代表的である。また、基材は、その表面に、有機系または無機系の反射防止膜が設けられていてもよい。
特に、無電解めっきを行った際に、基材表面に金属層が形成されにくく、鋳型表面により選択的に金属層が形成される(めっき選択性に優れる)ことから、シリコン基板シリコン基板、グラファイト、テフロン(登録商標)、アクリル板、ポリスチレン、フェノール樹脂等が基材として好適である。
基材の大きさ、形状等は特に限定はない。基材は必ずしも平滑な表面を有する必要はなく、様々な材質や形状の基材を適宜選択することができる。例えば、曲面を有する基材、表面が凹凸形状の平板、薄片状などの様々な形状のものまで多様に用いることができる。
また、鋳型としては、上記のような鋳型の表面に物理的処理および/または化学的処理をしてなる鋳型を採用してもよい。物理的処理および/または化学的処理としては、研磨、表面に薄膜を形成等の付着操作、プラズマ処理、溶媒処理、表面の化学的分解、熱処理、引き伸ばし処理等が挙げられる。
鋳型の形状の具体例としては、たとえば矩形、円柱、ホール、ラインおよびそれらのネットワーク構造や分岐構造、多角形およびそれらの複合/繰り返し構造、集積回路などに見られるような回路状構造、格子形状を採用することができる。
たとえばライン形状の構造体を得ようとする場合、鋳型として、断面矩形状のラインパターンを形成することが好ましい。この場合、後述するように、該鋳型表面に被覆膜を形成し、その被覆膜の上端部を除去した後、鋳型を除去すると、基材上に、被覆膜の側壁部分のみが残る。その結果、該基材上に、ライン形状(幅が被覆膜の厚さであり、高さが、残った側壁部分の高さであるライン)の構造体が形成される。
また、たとえばシリンダ(筒)状の構造体を得ようとする場合、鋳型として、ホールパターンまたは柱状のパターンを形成することが好ましい。この場合、後述するように、該鋳型表面に被覆膜を形成し、その被覆膜の上端部を除去した後、鋳型を除去すると、基材上に、被覆膜の側壁部分のみが残る。その結果、ホールの内径と同じ外径のシリンダ形状の構造体が得られる。
本発明において、鋳型を形成するための材料(鋳型形成用材料)としては、分子量が500以上の有機化合物を含有する鋳型形成用材料が好ましく用いられる。該有機化合物の分子量が500以上であると、強度、形状等に優れた鋳型を形成できる。また、ナノレベルのサイズの鋳型を形成しやすい。また、かかる鋳型形成用材料を用いて形成された鋳型が、水素ガス等によるエッチングによって除去しやすいという利点も有する。
前記有機化合物としては、一般的に膜形成用材料の基材成分として用いられているものが利用できる。ここで、「基材成分」とは、膜形成能を有する有機化合物である。
前記有機化合物は、分子量が500以上2000以下の低分子量の有機化合物(以下、低分子化合物という。)と、分子量が2000より大きい高分子量の高分子化合物とに大別される。前記低分子化合物としては、通常、非重合体が用いられる。高分子化合物としては、通常、樹脂(重合体、共重合体)が用いられ、その場合は、「分子量」として、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)によるポリスチレン換算の質量平均分子量を用いるものとする。以下、単に「樹脂」という場合は、分子量が2000以上のものを示すものとする。
前記親水性基として、好ましくは水酸基、カルボキシ基、カルボニル基、エステル基、アミノ基、アミド基からなる群から選択される1種以上が用いられる。これらの内、水酸基(特にはアルコール性水酸基またはフェノール性水酸基)、カルボキシ基、エステル基がより好ましい。中でもカルボキシ基、アルコール性水酸基、フェノール性水酸基からなる群から選択される1種以上が好ましい。
前記有機化合物が高分子化合物の場合、親水性基を、0.2当量以上有することが好ましく、0.5〜0.8当量有することがより好ましい。これは、高分子化合物が親水性基を有する構成単位とそれ以外の構成単位からなるものである場合には、前者の構成単位が20モル%以上、より好ましくは50〜80モル%であることを意味する。
前記有機化合物が低分子化合物の場合、親水性基を、該低分子化合物の1分子当たり1〜20当量有することが好ましく、より好ましくは2〜10当量の範囲である。ここでの、例えば「1分子当たり1〜20当量の親水性基を有する」とは、1分子中に親水性基が1〜20個存在することを意味する。
リソグラフィー法においては、感放射線性を有する材料であるレジスト組成物が用いられる。レジスト組成物としては、特に限定されず、これまで提案されている任意のレジスト組成物を適宜選択して用いればよい。レジスト組成物には、露光によりアルカリ溶解性が増大するポジ型と、露光によりアルカリ溶解性が低下するネガ型とがある。本発明においては、特にポジ型のレジスト組成物が好ましい。
化学増幅型レジスト組成物としては、特に制限はなく、これまで提案されている多数の化学増幅型レジスト組成物のなかから適宜選択して用いることができる。該化学増幅型レジスト組成物としては、酸の作用によりアルカリ溶解性が変化する基材成分(A’)(以下、(A’)成分という。)および放射線の照射により酸を発生する酸発生剤成分(B’)(以下、(B’)成分という。)を含有するものが一般的である。
かかるネガ型レジスト組成物においては、露光により(B’)成分から酸が発生すると、当該酸の作用により(A’)成分と架橋剤との間で架橋が起こり、(A’)成分がアルカリ可溶性からアルカリ不溶性へと変化する。そのため、当該ネガ型レジスト組成物を基材上に塗布して得られる有機膜(レジスト膜)に対して選択的に露光すると、露光部はアルカリ不溶性へ転じる一方で、未露光部はアルカリ可溶性のまま変化しないため、アルカリ現像により未露光部のみが除去され、レジストパターン(鋳型)が形成される。
ネガ型レジスト組成物の(A’)成分としては、通常、アルカリ可溶性樹脂が用いられ、該アルカリ可溶性樹脂としては、α−(ヒドロキシアルキル)アクリル酸、またはα−(ヒドロキシアルキル)アクリル酸の低級アルキルエステルから選ばれる少なくとも一つから誘導される単位を有する樹脂が、膨潤の少ない良好なレジストパターンが形成でき、好ましい。なお、α−(ヒドロキシアルキル)アクリル酸は、カルボキシ基が結合するα位の炭素原子に水素原子が結合しているアクリル酸と、このα位の炭素原子にヒドロキシアルキル基(好ましくは炭素数1〜5のヒドロキシアルキル基)が結合しているα−ヒドロキシアルキルアクリル酸の一方または両方を示す。
架橋剤としては、例えば、通常は、メチロール基またはアルコキシメチル基を有するグリコールウリルなどのアミノ系架橋剤を用いると、膨潤の少ない良好なレジストパターンが形成でき、好ましい。架橋剤の配合量は、アルカリ可溶性樹脂100質量部に対し、1〜50質量部であることが好ましい。
かかるポジ型レジスト組成物は、露光前はアルカリ不溶性であり、露光により(B’)成分から酸が発生すると、当該酸の作用により酸解離性溶解抑制基が解離し、(A’)成分がアルカリ可溶性へと変化する。そのため、レジストパターンの形成において、当該ポジ型レジスト組成物を基材上に塗布して得られるレジスト膜に対して選択的に露光すると、露光部はアルカリ可溶性へ転じる一方で、未露光部はアルカリ不溶性のまま変化しないため、アルカリ現像により露光部のみが除去され、レジストパターンが形成される。
酸解離性溶解抑制基は、露光前の(A’)成分全体をアルカリ不溶とするアルカリ溶解抑制性を有すると同時に、露光後に(B’)成分から発生した酸の作用により解離し、(A’)成分全体をアルカリ可溶性へ変化させる基である。酸解離性溶解抑制基としては、特に限定されず、化学増幅型のポジ型レジスト組成物において用いられている任意のものであってよい。
・(A’−1)成分:酸解離性溶解抑制基を有する樹脂。
・(A’−2)成分:酸解離性溶解抑制基を有する低分子化合物。
以下、(A’−1)成分および(A’−2)成分の好ましい態様をより具体的に説明する。
(A’−1)成分としては、酸解離性溶解抑制基を有する構成単位を有する樹脂が挙げられ、特に、酸解離性溶解抑制基を有する構成単位と親水性基を有する構成単位とを有する樹脂が好ましい。
当該樹脂中の、前記酸解離性溶解抑制基を有する構成単位の割合は、当該樹脂を構成する全構成単位の合計量に対し、20〜80モル%であることが好ましく、20〜70モル%がより好ましく、30〜60モル%がさらに好ましい。
当該樹脂中の、前記親水性基を有する構成単位の割合は、当該樹脂を構成する全構成単位の合計量に対し、20〜80モル%であることが好ましく、20〜70モル%がより好ましく、20〜60モル%がさらに好ましい。
好ましくは、前記親水性基を有する構成単位が、カルボキシ基、アルコール性水酸基、フェノール性水酸基を有する構成単位であり、より好ましくはアクリル酸、メタクリル酸、アルコール性水酸基を有する(α−低級アルキル)アクリル酸エステル、ヒドロキシスチレンから誘導される単位である。
なお、本明細書において、「ヒドロキシスチレン系樹脂」は、ヒドロキシスチレンまたはそのエステルから誘導される構成単位を含み、かつ(α−低級アルキル)アクリル酸エステルから誘導される構成単位を含まない樹脂である。また、「(α−低級アルキル)アクリル酸エステル樹脂」は、(α−低級アルキル)アクリル酸エステルから誘導される構成単位を含み、かつヒドロキシスチレンまたはそのエステルから誘導される構成単位を含まない樹脂である。
「ヒドロキシスチレンから誘導される構成単位」とは、ヒドロキシスチレン又はα―低級アルキルヒドロキシスチレンのエチレン性2重結合が開裂して形成される構成単位であり、以下ヒドロキシスチレン単位ということがある。「α−低級アルキルヒドロキシスチレン」は、フェニル基が結合する炭素原子に低級アルキル基が結合していることを示す。
「(α−低級アルキル)アクリル酸」とは、アクリル酸(CH2=CH−COOH)およびα−低級アルキルアクリル酸の一方あるいは両方を示す。
α−低級アルキルアクリル酸は、アクリル酸におけるカルボニル基が結合している炭素原子に結合した水素原子が、低級アルキル基で置換されたものを示す。
「(α−低級アルキル)アクリル酸エステル」は「(α−低級アルキル)アクリル酸」のエステル誘導体であり、アクリル酸エステルおよびα−低級アルキルアクリル酸エステルの一方あるいは両方を示す。
「(α−低級アルキル)アクリル酸エステルから誘導される構成単位」とは、(α−低級アルキル)アクリル酸エステルのエチレン性2重結合が開裂して形成される構成単位であり、以下(α−低級アルキル)アクリレート構成単位ということがある。「(α−低級アルキル)アクリレート」は、アクリレートおよびα−低級アルキルアクリレートの一方あるいは両方を示す。
「α−低級アルキルヒドロキシスチレンから誘導される構成単位」及び「α−低級アルキルアクリル酸エステルから誘導される構成単位」において、α位に結合している低級アルキル基は、炭素数1〜5のアルキル基であり、直鎖または分岐鎖状のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基などが挙げられる。工業的にはメチル基が好ましい。
(A’−11)成分は、フェノール性水酸基を有する構成単位および酸解離性溶解抑制基を有する構成単位を有する樹脂であり、該樹脂は、必要に応じてアルカリ不溶性の構成単位を有していてもよい。
フェノール性水酸基を有する構成単位としては、たとえば下記構成単位(a’1)が挙げられる。
酸解離性溶解抑制基を有する構成単位としては、たとえば下記構成単位(a’2)、構成単位(a’3)等が挙げられる。
アルカリ不溶性の構成単位としては、たとえば下記構成(a’4)等が挙げられる。
構成単位(a’1)は、ヒドロキシスチレンから誘導される構成単位であり、好ましくは下記一般式(I’)で表される構成単位である。
Rとしては、水素原子または低級アルキル基であることが好ましく、工業上の入手の容易さから、水素原子またはメチル基であることが最も好ましい。
Rの説明は以下同様である。
−OHのベンゼン環への結合位置は、特に限定されるものではないが、式中に記載の4の位置(パラ位)が好ましい。
(A’−11)成分中、構成単位(a’1)の割合は、(A’−11)成分を構成する全構成単位の合計量に対し、40〜80モル%であることが好ましく、50〜75モル%であることがより好ましい。40モル%以上とすることにより、アルカリ現像液に対する溶解性を向上させることができ、パターン形状の改善効果も得られる。80モル%以下とすることにより、他の構成単位とのバランスをとることができる。
構成単位(a’2)は、下記一般式(II’)で表される。
Xとしては、化学増幅型のポジ型レジスト組成物において用いられている酸解離性溶解抑制基の中から上記以外のものも任意に使用することができる。
脂肪族環式基において、置換基を除いた基本の環の構造としては、炭素および水素からなる基(脂肪族炭化水素基)であってもよく、該脂肪族炭化水素基の環骨格上の炭素原子がヘテロ原子で置換された脂肪族複素環式基であってもよい。
脂肪族炭化水素基は、飽和または不飽和のいずれでもよいが、通常は飽和であることが好ましい。脂肪族炭化水素基の具体例としては、モノシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基;ビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカンなどのポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基などを例示できる。具体的には、シクロペンタン、シクロヘキサン等のモノシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基や、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカンなどのポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基などが挙げられる。これらの基は、その水素原子の一部または全部が置換基(例えば低級アルキル基、フッ素原子またはフッ素化アルキル基)で置換されていてもよい。
R11、R12、R13のいずれかが脂肪族環式基を有する場合において、脂肪族環式基が単環の脂肪族環式基である場合は、構成単位(a’2)として、例えばシクロペンチル基、シクロヘキシル基を有するもの等が好ましい。
脂肪族環式基が多環の脂環式基である場合、構成単位(a’2)として好ましいものとしては、例えば下記一般式(IV’)で表されるものを挙げることができる。
(A’−11)成分中、構成単位(a’2)の割合は、5〜50モル%が好ましく、10〜40モル%がより好ましく、10〜35モル%がさらに好ましい。
構成単位(a’3)は、下記一般式(VI’)で表されるものである。
X’としては、化学増幅型のポジ型レジスト組成物において用いられている酸解離性溶解抑制基の中から上記以外のものも任意に使用することができる。
一般式(VI’)において、ベンゼン環に結合している基(−OX’)の結合位置は特に限定するものではないが式中に示した4の位置(パラ位)が好ましい。
(A’−11)成分中、構成単位(a’3)の割合は、5〜50モル%が好ましく、10〜40モル%がより好ましく、10〜35モル%がさらに好ましい。
構成単位(a’4)は、下記一般式(VII’)で表されるものである。
n’は0または1〜3の整数を示すが、0であることが好ましい。
(A’−11)成分中、構成単位(a’4)の割合は、1〜40モル%が好ましく、5〜25モル%がより好ましい。1モル%以上とすることにより、形状の改善(特に膜減りの改善)の効果が高くなり、40モル%以下とすることにより、他の構成単位とのバランスをとることができる。
また、(A’−11)成分は、前記構成単位(a’1)、(a’2)、(a’3)、(a’4)以外のものを任意に含むことができるが、これらの構成単位の割合が80モル%以上、好ましくは90モル%以上(100モル%が最も好ましい)であることが好ましい。
特には、第三級アルキルオキシカルボニル基で保護したポリヒドロキシスチレンと、1−アルコキシアルキル基で保護したポリヒドロキシスチレンとの混合物であることが好ましい。かかる混合を行う場合、各重合体の混合比(質量比)(第三級アルキルオキシカルボニル基で保護したポリヒドロキシスチレン/1−アルコキシアルキル基で保護したポリヒドロキシスチレン)は、例えば1/9〜9/1、好ましくは2/8〜8/2とされ、さらに好ましくは2/8〜5/5である。
(A’−12)成分は、酸解離性溶解抑制基を有する(α−低級アルキル)アクリル酸エステル樹脂であり、たとえば酸解離性溶解抑制基を含む(α−低級アルキル)アクリル酸エステルから誘導される構成単位(a’5)を有する樹脂が挙げられる。
(A’−12)成分においては、酸解離性溶解抑制基が、(B’)成分から発生した酸により解離すると、カルボキシ基が生成し、アルカリ溶解性が増大する。また、この生成したカルボキシ基の存在により、レジストパターン上に金属層を形成しやすくなる。
酸解離性溶解抑制基としては、例えばArFエキシマレーザーのレジスト組成物用の樹脂において、多数提案されているものの中から適宜選択して用いることができる。一般的には、(α−低級アルキル)アクリル酸のカルボキシ基と環状または鎖状の第3級アルキルエステルを形成する基、または環状または鎖状のアルコキシアルキル基などが広く知られている。
ここで、「第3級アルキルエステルを形成する基」とは、アクリル酸のカルボキシ基の水素原子と置換することによりエステルを形成する基である。すなわちアクリル酸エステルのカルボニルオキシ基[−C(O)−O−]の末端の酸素原子に、鎖状または環状の第3級アルキル基の第3級炭素原子が結合している構造を示す。この第3級アルキルエステルにおいては、酸が作用すると、酸素原子と第3級炭素原子との間で結合が切断される。
なお、第3級アルキル基とは、第3級炭素原子を有するアルキル基である。
鎖状の第3級アルキルエステルを形成する基としては、例えばtert−ブチル基、tert−ペンチル基等が挙げられる。
環状の第3級アルキルエステルを形成する基としては、後述する「脂環式基を含有する酸解離性溶解抑制基」で例示するものと同様のものが挙げられる。
このような環状または鎖状のアルコキシアルキル基としては、1−メトキシメチル基、1−エトキシエチル基、1−イソプロポキシエチル、1−シクロヘキシルオキシエチル基、2−アダマントキシメチル基、1−メチルアダマントキシメチル基、4−オキソ−2−アダマントキシメチル基、1−アダマントキシエチル基、2−アダマントキシエチル基等が挙げられる。
ここで、「脂肪族」および「脂肪族環式基」は、上記で定義した通りである。
脂肪族環式基としては、単環または多環のいずれでもよく、例えばArFレジスト等において、多数提案されているものの中から適宜選択して用いることができる。耐エッチング性の点からは多環の脂環式基が好ましい。また、脂環式基は炭化水素基であることが好ましく、特に飽和の炭化水素基(脂環式基)であることが好ましい。
単環の脂環式基としては、例えば、シクロアルカンから1個の水素原子を除いた基が挙げられる。多環の脂環式基としては、例えばビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカンなどから1個の水素原子を除いた基などを例示できる。
具体的には、単環の脂環式基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。多環の脂環式基としては、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカンなどのポリシクロアルカンから1個の水素原子を除いた基などが挙げられる。
これらの中でもアダマンタンから1個の水素原子を除いたアダマンチル基、ノルボルナンから1個の水素原子を除いたノルボルニル基、トリシクロデカンからの1個の水素原子を除いたトリシクロデカニル基、テトラシクロドデカンから1個の水素原子を除いたテトラシクロドデカニル基が工業上好ましい。
また、(α−低級アルキル)アクリル酸エステルから誘導される単位であって、そのエステル部に上記した環状のアルコキシアルキル基を有する単位、具体的には2−アダマントキシメチル基、1−メチルアダマントキシメチル基、4−オキソ−2−アダマントキシメチル基、1−アダマントキシエチル基、2−アダマントキシエチル基等の置換基を有していても良い脂肪族多環式アルキルオキシ低級アルキル(α−低級アルキル)アクリル酸エステルから誘導される単位から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
R1の低級アルキル基としては、炭素数1〜5の直鎖又は分岐状のアルキル基が好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等が挙げられる。中でも、メチル基、エチル基であることが、工業的に入手が容易であることから好ましい。
R2及びR3の低級アルキル基は、それぞれ独立に、炭素数1〜5の直鎖または分岐のアルキル基であることが好ましい。中でも、R2およびR3が共にメチル基である場合が工業的に好ましい。具体的には、2−(1−アダマンチル)−2−プロピルアクリレートから誘導される構成単位を挙げることができる。
環状の第3級アルキル基としては、前述の「脂肪族環式基を含有する酸解離性溶解抑制基」で例示したものと同じであり、2−メチル−2−アダマンチル基、2−エチル−2−アダマンチル基、2−(1−アダマンチル)−2−プロピル基、1−エチルシクロヘキシル基、1−エチルシクロペンチル基、1−メチルシクロヘキシル基、1−メチルシクロペンチル基等を挙げることができる。
また、基−COOR4は、式中に示したテトラシクロドデカニル基の3または4の位置に結合していてよいが、結合位置は特定できない。また、アクリレート構成単位のカルボキシ基残基も同様に式中に示した8または9の位置に結合していてよい。
(A’−12)成分中、構成単位(a’5)の割合は、(A’−12)成分を構成する全構成単位の合計に対して、20〜60モル%であることが好ましく、30〜50モル%がより好ましく、35〜45モル%が最も好ましい。下限値以上とすることによってパターンを得ることができ、上限値以下とすることにより他の構成単位とのバランスをとることができる。
構成単位(a’6)において、α位の炭素原子に結合しているのは、低級アルキル基または水素原子である。α位の炭素原子に結合している低級アルキル基は、構成単位(a’5)の説明と同様であって、好ましくはメチル基である。
構成単位(a’6)としては、アクリル酸エステルのエステル側鎖部にラクトン環からなる単環式基またはラクトン環を有する多環の環式基が結合した構成単位が挙げられる。なお、このときラクトン環とは、−O−C(O)−構造を含むひとつの環を示し、これをひとつの目の環として数える。したがって、ここではラクトン環のみの場合は単環式基、さらに他の環構造を有する場合は、その構造に関わらず多環式基と称する。
構成単位(a’6)としては、例えば、γ−ブチロラクトンから水素原子1つを除いた単環式基や、ラクトン環含有ビシクロアルカンから水素原子を1つ除いた多環式基を有するもの等が挙げられる。
構成単位(a’6)として、より具体的には、例えば以下の一般式(IV”)〜(VII”)から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
構成単位(a’6)は1種または2種以上組み合わせて用いることができる。
(A’−12)成分中、構成単位(a’6)の割合は、(A’−12)成分を構成する全構成単位の合計に対して、20〜60モル%が好ましく、20〜50モル%がより好ましく、30〜45モル%が最も好ましい。下限値以上とすることによりリソグラフィー特性が向上し、上限値以下とすることにより他の構成単位とのバランスをとることができる。
構成単位(a’7)により、(A’−12)成分全体の親水性が高まり、現像液との親和性が高まって、露光部でのアルカリ溶解性が向上し、解像性の向上に寄与する。また、パターンとの密着性が高い被覆膜を形成することができる。
構成単位(a’7)において、α位の炭素原子に結合しているのは、低級アルキル基または水素原子である。α位の炭素原子に結合している低級アルキル基は、構成単位(a’5)の説明と同様であって、好ましくはメチル基である。
極性基としては、水酸基、シアノ基、カルボキシ基、アミノ基等が挙げられ、特に水酸基が好ましい。
多環式基としては、前述の(a’5)単位である「脂肪族環式基を含有する酸解離性溶解抑制基」で例示した脂肪族環式基のうち、多環式のものから適宜選択して用いることができる。
構成単位(a’7)としては、下記一般式(VIII”)〜(IX”)から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
これらの中でも、nが1であり、水酸基がアダマンチル基の3位に結合しているものが好ましい。
(A’−12)成分中、構成単位(a’7)の割合は、(A’−12)成分を構成する全構成単位の合計に対して、10〜50モル%が好ましく、15〜40モル%がより好ましく、20〜35モル%がさらに好ましい。下限値以上とすることによりリソグラフィー特性が向上し、上限値以下とすることにより他の構成単位とのバランスをとることができる。
構成単位(a’8)としては、上述の構成単位(a’5)〜(a’7)に分類されない他の構成単位であれば特に限定するものではない。
例えば多環の脂肪族炭化水素基を含み、かつ(α−低級アルキル)アクリル酸エステルから誘導される構成単位等が好ましい。該多環の脂肪族炭化水素基は、例えば、前述の「脂肪族環式基を含有する酸解離性溶解抑制基」で例示した脂肪族環式基のうち、多環式のものから適宜選択して用いることができる。特にトリシクロデカニル基、アダマンチル基、テトラシクロドデカニル基、ノルボルニル基、イソボルニル基から選ばれる少なくとも1種以上であると、工業上入手し易い等の点で好ましい。構成単位(a’8)としては、酸非解離性基であることが最も好ましい。
構成単位(a’8)として、具体的には、下記(X”)〜(XII”)の構造のものを例示することができる。
(A’−1)成分は、質量平均分子量(ゲルパーミエーションクロマトグラフィによるポリスチレン換算質量平均分子量、以下同様。)30000以下であることが好ましく、20000以下であることが好ましく、12000以下であることがさらに好ましい。下限値は、2000超であればよく、パターン倒れの抑制、解像性向上等の点で、好ましくは4000以上、さらに好ましくは5000以上とされる。
(A’−2)成分としては、酸解離性溶解抑制基と親水性基とを有する低分子化合物が好ましい。具体的には、複数のフェノール骨格を有する化合物の水酸基の水素原子の一部を酸解離性溶解抑制基で置換したものが挙げられる。
酸解離性溶解抑制基としては、特に限定されず、たとえば上記XまたはX’の酸解離性溶解抑制基として挙げたものと同様のものが挙げられる。
(A’−2)成分は、例えば、非化学増幅型のg線やi線レジストにおける増感剤や耐熱性向上剤として知られている低分子量フェノール化合物の水酸基の水素原子の一部を上記酸解離性溶解抑制基で置換したものが好ましく、そのようなものから任意に用いることができる。
かかる低分子量フェノール化合物としては、例えば、次のようなものが挙げられる。
ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(2,3,4−トリヒドロキシフェニル)メタン、2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−(4’−ヒドロキシフェニル)プロパン、2−(2,3,4−トリヒドロキシフェニル)−2−(2’,3’,4’−トリヒドロキシフェニル)プロパン、トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−2,5−ジメチルフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)−3,4−ジヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−2,5−ジメチルフェニル)−3,4−ジヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)−3,4−ジヒドロキシフェニルメタン、ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシ−6−メチルフェニル)−4−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシ−6−メチルフェニル)−3,4−ジヒドロキシフェニルメタン、1−[1−(4−ヒドロキシフェニル)イソプロピル]−4−[1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エチル]ベンゼン、フェノール、m−クレゾール、p−クレゾールまたはキシレノールなどのフェノール類のホルマリン縮合物の2、3、4核体などが挙げられる。勿論これらに限定されるものではない。
(B’)成分としては、従来、化学増幅型レジストにおける酸発生剤として公知のものの中から任意のものを適宜選択して用いることができる。このような酸発生剤としては、これまで、ヨードニウム塩やスルホニウム塩などのオニウム塩系酸発生剤、オキシムスルホネート系酸発生剤、ビスアルキルまたはビスアリールスルホニルジアゾメタン類、ポリ(ビススルホニル)ジアゾメタン類などのジアゾメタン系酸発生剤、ニトロベンジルスルホネート系酸発生剤、イミノスルホネート系酸発生剤、ジスルホン系酸発生剤など多種のものが知られている。
(B’)成分の使用量は、(A’)成分100質量部に対し、1〜20質量部、好ましくは2〜10質量部とされる。上記範囲の下限値以上とすることにより充分はパターン形成が行われ、上記範囲の上限値以下であれば溶液の均一性が得られやすく、良好な保存安定性が得られる。
化学増幅型レジスト組成物には、パターンパターン形状、引き置き経時安定性などを向上させるために、さらに任意成分として、含窒素有機化合物(D’)(以下、(D’)成分という。)を配合させることができる。
この(D’)成分は、既に多種多様なものが提案されているので、公知のものから任意に用いれば良いが、アミン、特に第2級低級脂肪族アミンや第3級低級脂肪族アミンが好ましい。
ここで、低級脂肪族アミンとは炭素数5以下のアルキルまたはアルキルアルコールのアミンを言い、この第2級や第3級アミンの例としては、トリメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリペンチルアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミンなどが挙げられるが、特にトリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミンのような第3級アルカノールアミンが好ましい。
これらは単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(D’)成分は、(A’)成分100質量部に対して、通常0.01〜5.0質量部の範囲で用いられる。
有機カルボン酸としては、例えば、マロン酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、安息香酸、サリチル酸などが好適である。
リンのオキソ酸若しくはその誘導体としては、リン酸、リン酸ジ‐n‐ブチルエステル、リン酸ジフェニルエステルなどのリン酸又はそれらのエステルのような誘導体、ホスホン酸、ホスホン酸ジメチルエステル、ホスホン酸‐ジ‐n‐ブチルエステル、フェニルホスホン酸、ホスホン酸ジフェニルエステル、ホスホン酸ジベンジルエステルなどのホスホン酸及びそれらのエステルのような誘導体、ホスフィン酸、フェニルホスフィン酸などのホスフィン酸及びそれらのエステルのような誘導体が挙げられ、これらの中で特にホスホン酸が好ましい。
(E’)成分は、(A’)成分100質量部当り、通常0.01〜5.0質量部の割合で用いられる。
(S’)成分としては、使用する各成分を溶解し、均一な溶液とすることができるものであればよく、従来、レジスト組成物の溶剤として公知のものの中から任意のものを1種又は2種以上適宜選択して用いることができる。
具体例としては、γ−ブチロラクトン等のラクトン類、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソペンチルケトン、2−ヘプタノンなどのケトン類、エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、ジプロピレングリコール、又はジプロピレングリコールモノアセテートのモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテル又はモノフェニルエーテルなどの多価アルコール類及びその誘導体や、ジオキサンのような環式エーテル類や、乳酸メチル、乳酸エチル(EL)、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチルなどのエステル類などを挙げることができる。これらの中でも、PGMEA、EL、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)が好ましい。これらの有機溶剤は単独で用いてもよく、2種以上の混合溶剤として用いてもよい。
(S’)成分の使用量は特に限定しないが、化学増幅型レジスト組成物が、基材上に塗布可能な濃度の液体となる量が用いられる。
上記鋳型形成用材料を用いる場合、鋳型の形成には、微細パターンを高精度で形成できることから、リソグラフィー法が好ましく用いられる。
リソグラフィー法による鋳型の形成は、従来公知の手順で行うことができ、たとえば化学増幅型レジスト組成物を用いる場合は以下の様にして行うことができる。
まず、基材上に、レジスト組成物をスピンナーなどで塗布し、80〜150℃の温度条件下、プレベーク(ポストアプライベーク(PAB))を40〜120秒間、好ましくは60〜90秒間施し、レジスト膜を形成する。該レジスト膜の膜厚は、一概に限定することはできないが、数十nm〜数μm程度の範囲で決定することができ、好ましくは100〜800nmの範囲である。
次に、該レジスト膜に対し、市販の露光装置などを用いて選択的露光を行った後、80〜150℃の温度条件下、PEB(露光後加熱)を40〜120秒間、好ましくは60〜90秒間施す。次いでこれをアルカリ現像液、例えば0.1〜10質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて現像処理する。このようにして、鋳型(レジストパターン)を得ることができる。
また、鋳型の形成方法は、リソグラフィー法に限定されない。例えば、インプリント法(予め微細加工された基板を押し付けることで別の基板に構造転写ることで作成された微細構造を利用する方法)等も利用可能である。該インプリント法は、鋳型形成用材料が感放射線性を有する場合であっても有さない場合であっても適用可能である。
本発明においては、次工程で無電解めっきにより鋳型表面に金属層を形成する前に、鋳型の表面に親水化処理を施すことが好ましい。親水化処理を施すことにより、鋳型表面の親水性が向上(活性化)し、該表面に、無電解めっきにより、高密度に、高い密着性で金属層を形成できる。また、後述する被覆膜形成工程において、鋳型表面に無電解めっきにおける触媒を導入しやすくなる。そのため、鋳型の形状が精度良く複写または転写された形状の被覆膜を形成できる。
親水化処理としては、従来公知の方法を利用でき、たとえば酸素プラズマ処理、オゾン酸化処理、酸アルカリ処理、化学修飾処理等が挙げられる。これらの中でも、処理時間が短く、簡便であることから、酸素プラズマ処理が好ましい。また、酸素プラズマ処理を行うことにより、鋳型表面の活性化のみならず、その処理条件を調節することにより、鋳型の高さ、ひいては形成される構造体の高さを調節できる。たとえば酸素プラズマ処理の処理時間が長いほど、鋳型の高さが低くなり、より微細な構造体が得られる。
例えば、酸素プラズマ処理を用いる場合、酸素プラズマ処理時の圧力は、1.33〜66.5Pa(10〜50mtorr)が好ましく、13.3〜26.6Pa(100〜200mtorr)がより好ましい。また、酸素プラズマ処理時のプラズマ出力は、5〜500Wが好ましく、5〜50Wがより好ましい。また、酸素プラズマ処理時の処理時間は、1〜30秒が好ましく、2〜5秒がより好ましい。また、酸素プラズマ処理の温度は、−30〜300℃が好ましく、0〜100℃がより好ましく、最も好ましくは室温(5〜40℃)である。酸素プラズマ処理に用いるプラズマ装置は、特に限定されず、例えば、サウスベイ社製(South Bay Technology,USA)のPE−2000プラズマエッキャー(Plasma etcher)などを用いることができる。
本工程では、前記鋳型の表面に、無電解めっきにより形成される金属層を含む被覆膜を形成する。
[金属層]
無電解めっきは、所定の金属種のイオンを含むめっき液を鋳型表面に接触させ、該イオンを還元する(金属を析出させる)ことにより行われ、これにより、前記所定の金属種で構成される金属層が形成される。
目的とする金属種が、直接無電解めっきが困難な金属種(たとえば金などの貴金属)である場合、あらかじめ、該金属種よりもイオン化傾向の高い金属種(たとえばニッケル)を用いて無電解めっきにより金属層を形成し、その後、該金属層の金属種を目的とする金属種に置換することで、容易に目的とする金属種の金属層を形成できる。
無電解めっきの金属種としては、特に限定されず、一般的に無電解めっきの金属種として用いられているものが使用でき、たとえば金、銀、銅、ニッケル、コバルト、すず、白金族(パラジウム、白金、ロジウム、ルテニウム)等が挙げられる。これらの中でも、一般的にめっき技術が確立していることから、金、銀、銅、ニッケルおよびコバルトからなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。
本発明においては、導電性を持つ金属であることが望ましいからであることから、金属層を構成する金属が、金、銀および銅からなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。すなわち、金属層として、金層、銀層および銅層のうちのいずれか1種または2種以上を有することが好ましい。
また、金属層を構成する金属としては、強磁性を有する構造体が得られることから、コバルトも好ましい。
金属種のイオンの還元は、公知の方法により行うことができる。具体例としては、還元反応の触媒となるもの(無電解めっきにおける触媒)を使用する方法、めっき金属よりもイオン化傾向の高い金属を置換する方法等が挙げられる。
無電解めっきにおける触媒としては、一般的に、金属の微粒子や薄膜等が用いられる。触媒となる金属の種類は、使用する金属種の種類によって異なっており、通常、使用する金属種と同じか、またはそれよりもイオン化しやすい金属が触媒として用いられる。
具体例としては、たとえば金属種が銀の場合は主に銀触媒が用いられ、金属種が銅の場合は主に銀触媒、銅触媒が用いられ、金属種がニッケル、コバルト、金等の場合は主にパラジウム触媒、すず触媒等が用いられる。触媒としては、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
鋳型の表面への触媒を導入は、公知の方法により行うことができる。たとえば、触媒となる金属の塩(たとえば硝酸銀、金属塩化物等)の水溶液と鋳型表面に接触させて該塩を鋳型表面に吸着させ、該塩を還元する。これにより、鋳型表面に金属微粒子を導入できる。
本発明においては、特に、被覆膜全体としての厚さが、150nm以下であることが好ましく、120nm以下がより好ましく、100nm以下がさらに好ましく、80nmが特に好ましい。
該厚さの下限値としては、特に限定されないが、構造体の強度、無電解めっきの被膜均一性等を考慮すると、1nm以上が好ましく、10nm以上がより好ましく、30nm以上がさらに好ましい。
被覆膜は、前記金属層のみから構成されてもよく、前記金属層以外の他の層を含んでいてもよい。
前記金属層以外の層としては、本発明の趣旨を逸脱しない限り特に定めるものではないが、例えば、金属酸化物層、有機/金属酸化物複合体層、有機化合物層、および有機/無機複合体層からなる群から選択される1種以上が挙げられ、好ましくは、金属酸化物層、有機/金属酸化物複合体層である。被覆膜中に含まれる前記他の層は1種であってもよく、2種以上であってもよい。
上記の中でも、ケイ素(金属ケイ素)、チタン、ジルコニウム、ハフニウム等の金属の酸化物を含む層が好ましい。特に薄膜がシリカからなる場合は、半導体素子、液晶素子の製造に利用される耐エッチング材料や絶縁膜などの各種薄膜に好適なことから好ましい。
また、これら他の層を形成するための材料としては、特開2002−338211号公報に記載の、有機成分が分子的に分散した有機/金属酸化物複合薄膜の有機成分に対応する部分が除去された構造を有するアモルファス状金属酸化物の薄膜材料や、国際公開公報WO03/095193号公報に記載の表面に水酸基またはカルボキシ基を提示する高分子の薄膜層と、該水酸基またはカルボキシ基を利用して高分子の薄膜層と配位結合または共有結合している金属酸化物薄膜層または有機/金属酸化物複合薄膜層とから構成される薄膜材料等を好ましく用いることができる。また、特開平10−249985号公報、特開2005−205584号公報、特開2006−297575号公報等に記載の金属酸化物薄膜、有機化合物薄膜およびこれらの複合体も好ましく採用できる。
さらに、上記ポリカチオン・ポリアニオンに限らず、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリピロール等の水酸基やカルボキシ基を有する高分子化合物、デンプン、グリコゲン、アルギン酸、カラギーナン、アガロース等の多糖類、ポリイミド、フェノール樹脂、ポリメタクリル酸メチル、アクリルアミドなどのポリアミド、塩化ビニルなどのポリビニル化合物、ポリスチレンなどのスチレン系ポリマー、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン、ポリアセチレンやそれらポリマーの誘導体や共重合体も広く用いることができる。
また有機低分子も、鋳型表面を被覆できるものであれば広く用いることができ、長鎖アルキルを有する界面活性剤分子や、長鎖チオール、ハロゲン化物が好ましい例として挙げられる。さらに水素結合によって、ネットワーク構造を形成するような、アミノトリアジン、環状イミド(シアヌール酸、バルビツール酸、チオバルビツール酸、チミンなど)、グアニジニウム、カルボキシ基、リン酸基などの分子認識性を持つ複数の官能基を有する分子なども利用可能である。
さらにまた、導電性高分子、ポリ(アニリン−N−プロパンスルホン酸)(PAN)などの機能性高分子イオン、種々のデオキシリボ核酸(DNA)やリボ核酸(RNA)、蛋白質、オリゴペプチド、ペクチンなどの荷電を有する多糖類や荷電を持つ生体高分子を用いることもできる。
さらに有機薄膜の機械的強度を高めるためを高めるため、架橋材による架橋処理、熱、電気、化学処理などによる薄膜強度向上操作も適宜利用可能である。
また、金属アルコキシド以外にも、加水分解により水酸基を生成し得る金属化合物を用いて、同様の手法により金属酸化物膜を形成することができる。該金属化合物としては、イソシアネート基を有する金属化合物、ハロゲン原子を有する金属化合物、カルボニル基を有する金属化合物等が挙げられる。
また、上記金属アルコキシド類に少量の水を添加し、部分的に加水分解および縮合させて得られるアルコキシドゾルまたはアルコキシドゲルの微粒子を用いることもできる。
さらには、チタンブトキシドテトラマー(C4H9O[Ti(OC4H9)2O]4C4H9)等の、複数個または複数種の金属元素を有する二核またはクラスター型のアルコキシド化合物や、酸素原子を介して一次元に架橋した金属アルコキシド化合物に基づく高分子等も、上記金属アルコキシド類に含まれる。
ハロゲン原子を有する金属化合物としては、一般式「M(X1)n”」(Mは金属原子であり、X1はフッ素原子、塩素原子、臭素原子及び ヨウ素原子から選ばれる一種であり、n”は2〜4の整数である)で表される2個以上(好ましくは2〜4)のハロゲン原子を有するハロゲン化金属化合物が挙げられる。ハロゲン原子を有する化合物は金属錯体であってもよい。具体的には、テトラクロロチタン(TiCl4)、テトラクロロシラン(SiCl4)等が挙げられる。また、金属錯体として、塩化コバルト(CoCl2)等も挙げられる。
カルボニル基を有する金属化合物としては、チタニウムオキソアセチルアセテート(TiO(OCOCH2COCH3)2)、ペンタカルボニル鉄(Fe(CO)5)等の金属カルボニル化合物、及びこれらの多核クラスターが挙げられる。
該ケイ素化合物の1分子中のケイ素の数は1であっても2以上であってもよく、好ましくは1である。中でも、以下の一般式(w−1)で表される化合物が好ましい。
SiWa ・・・(w−1)
式(w−1)中、aは2〜4の整数であり、4であることが望ましい。
Wはイソシアネート基(NCO基)またはハロゲン原子であり、複数のWは相互に同じであっても異なっていてもよい。
Wのハロゲン原子については上記ハロゲン原子を有する金属化合物におけるハロゲン原子と同様であり、塩素原子であることが望ましい。これらの中でも、イソシアネート基が好ましい。
本工程においては、前記被覆膜の一部または全部を残したまま、鋳型の一部または全部を除去する。このとき、被覆膜の少なくとも一部はそのまま基材上に残り、この残った被覆膜が、構造体の一部または全部を構成する。
鋳型を除去する方法は、従来から知られている鋳型の除去方法を広く採用できる。特に、制御のし易さの観点から、プラズマ、オゾン酸化、溶出、焼成からなる群から選ばれる少なくとも一種の処理方法で行うことが好ましく、プラズマ処理がさらに好ましい。
例えば、プラズマ処理時の時間、圧力、出力及び温度は、除去すべき成分の種類、大きさ、プラズマ源などに応じて適宜決定することができる。
プラズマ処理のプラズマ源としては、酸素ガス、水素ガス、窒素ガスなどの各種のガスを用いることができる。これらの中でも、酸素ガスを用いる酸素プラズマ処理、または水素ガスを用いる水素プラズマ処理が好ましく、特に、作成された金属構造体の酸化を防止できることから、水素プラズマ処理が好ましい。
例えば、酸素プラズマ処理を用いる場合、酸素プラズマ処理時の圧力は、1.33〜66.5Pa(10〜50 mtorr)、好ましくは13.3〜26.6Pa(100〜200 mtorr)であることが適当である。また、酸素プラズマ処理時のプラズマ出力は、5〜500W、好ましくは10〜50Wであることが適当である。また、酸素プラズマ処理時の処理時間は、5分〜数時間、好ましくは5〜60分であることが適当である。また、酸素プラズマ処理の温度は、低温であり、好ましくは−30〜300℃であり、さらに好ましくは0〜100℃であり、最も好ましくは室温(5〜40℃)である。酸素プラズマ処理に用いるプラズマ装置は、特に限定されず、例えば、サウスベイ社製(South Bay Technology,USA)のPE−2000プラズマエッキャー(Plasma etcher)などを用いることができる。
例えば、水素プラズマ処理を用いる場合、水素プラズマ処理時の圧力は、1.33〜66.5Pa(10〜500mtorr)、好ましくは13.3〜26.6Pa(100〜200 mtorr)であることが適当である。また、水素プラズマ処理時のプラズマ出力は、5〜500W、好ましくは10〜50Wであることが適当である。また、水素プラズマ処理時の処理時間は、5分〜数時間、好ましくは5〜60分であることが適当である。また、水素プラズマ処理の温度は、低温であり、好ましくは−30〜300℃であり、さらに好ましくは0〜100℃であり、最も好ましくは室温(5〜40℃)である。水素プラズマ処理に用いるプラズマ装置は、特に限定されず、例えば、サウスベイ社製(South Bay Technology,USA)のPE−2000プラズマエッキャー(Plasma etcher)などを用いることができる。
さらに、複数の鋳型を設けた場合、すべての鋳型について除去する必要はなく、その全部を完全除去してもよいし一部のみを除去してもよい。一部を除去する場合、全体の1〜99%を除去するのが好ましく、5〜95%を除去するのがより好ましい。このように一部の鋳型を除去する場合、構造体として、一部に鋳型を含んだ被覆膜−鋳型複合体として得られるが、このような状態のナノ構造体をこのまま使用してもよい。
有機化合物の一部または全部が除去されると、該有機化合物に対応する部分が除去された構造体が形成される。すなわち除去された有機化合物の分子形状に応じた空隙を有する構造体が形成される。
具体的には、たとえばa)有機/金属酸化物複合層に含まれる有機化合物に対応する部分がそのまま空隙になっている構造体、b)有機/金属酸化物複合層に含まれる有機化合物に対応する部分を中心としてその近傍が空隙になっている構造体、c)有機/金属酸化物複合層に含まれる有機化合物に対応する部分あるいはその近傍が空隙になっており、さらにそれらの空隙の一部が互いにつながって網目状になっている構造体などが挙げられる。
このような空隙を有する構造体は、たとえば分子構造選択的な透過膜として利用することができる。
なお、必要に応じて、鋳型除去工程とは別に、有機/金属酸化物複合層中の有機化合物を除去する工程を設けることもできる。例えば、プラズマ、オゾン酸化、溶出、焼成等の処理を、鋳型除去工程とは異なる処理条件で行う工程を設けてもよい。
本発明においては、前記鋳型除去工程の前に、前記被覆膜の一部を除去する工程を行うことが好ましい。
この場合、該被覆膜の除去は、鋳型の一部が露出するように行うことが好ましい。これにより、鋳型の除去をエッチング等により容易に行うことができる。
本発明において、前記鋳型の一部を除去した後、被覆膜の一部を除去する場合、該被覆膜の除去は、鋳型の一部が露出するように行うことが好ましい。これにより、鋳型の除去をエッチング等により容易に行うことができる。
除去する被覆膜の割合は、特に限定されず、好ましくは全体の1〜99%、より好ましくは全体の5〜95%である。
本工程においては、特に、被覆膜の上端部を除去することが好ましい。中でも、鋳型として、縦断面が矩形のもの、たとえば矩形ライン構造、ホール構造、円柱構造等を採用した場合、その表面に設けられた被覆膜のうち、天面(本明細書において上面ということもある。)を含む上端部を除去することが好ましい。
具体例を挙げると、たとえば鋳型としてホール構造のものを用いる場合、該鋳型表面に被覆膜を形成し、その被覆膜の上端部を除去した後、鋳型を除去すると、基材上に、被覆膜の側壁部分のみが残る。その結果、ホールの内径と同じ外径のシリンダ形状の構造体が得られる。
また、たとえば鋳型として矩形ライン構造のものを用いる場合、該鋳型表面に被覆膜を形成し、その被覆膜の上端部を除去した後、鋳型を除去すると、基材上に、被覆膜の側壁部分のみが残る。その結果、該基材上に、ライン形状(幅が被覆膜の厚さであり、高さが、残った側壁部分の高さであるライン)の構造体が形成される。
また、上端部の除去する際、どの程度除去するかを調節することにより、形成される構造体の高さを調節することができる。たとえば被覆膜の上端部の除去量が多いほど、形成される構造体の高さが低くなり、より微細な構造体が得られる。
このように、被覆膜の上端部を除去し、被覆膜の側壁部分を利用する場合、鋳型として、それほど微細なものを用いなくとも、ナノレベルの構造体を容易に得ることができる。
次に、上記のようにして前記基材上に形成された構造体と、前記基材とを分離する。該分離の方法としては、簡便で、目的構造体の収率が良い、等の点から、前記構造体が形成された基材上に樹脂溶液を塗布して樹脂膜を形成し、該樹脂膜を前記基材から剥離することにより前記基材と前記構造体とを分離する方法が好ましく用いられる。
前記樹脂溶液に用いられる樹脂としては、特に限定されず、一般的に膜の形成に用いられている樹脂を使用できる。該樹脂としては、特に、安全性、操作簡便性等に優れることから、水溶性樹脂が好ましい。
水溶性樹脂としては、たとえば、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸等の高分子電解質、アガロース等の多糖系高分子、およびそれらの混合物等が挙げられる。
まず、基材上に形成された構造体上に、樹脂溶液を塗布し、樹脂膜を形成する。
塗布方法は、特に限定されず、たとえばレジスト膜等を形成するために従来用いられている公知の方法に従って行うことができ、例えばスピンナー等により、上記樹脂溶液を構造体上に塗布する方法、樹脂溶液中に該構造体を有する基材を浸漬する方法等が挙げられる。
樹脂膜の厚さとしては、構造体の高さと同程度、または構造体の上端部を覆う程度の高さが好ましい。
次いで、樹脂膜を基材から剥離する。該剥離は、ピンセット等により行うことができる。
次に、剥離した樹脂膜を、溶剤(水溶性樹脂の場合は、水、好ましくは 50〜60℃程度の温水)に溶解させる。溶液中の構造体を回収する。
これらの中でも、構造体へのダメージが少ないことから、基板表面にアルカリを接触させる方法が好ましい。アルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。該方法は、たとえばアルカリ水溶液中に当該基板を浸漬することにより実施できる。この際、アルカリ水溶液の温度は、50〜70℃が好ましい。また、アルカリ水溶液中への浸漬時間は、特に限定されないが、通常、10〜300秒間である。
「第1の実施形態」
図1に、第1の実施形態のフロー図を示す。
本実施形態では、まず、基材1上に矩形ライン構造の鋳型11を形成する(1−1)。次に、鋳型11の表面に触媒(金属微粒子)15を導入する(1−2)。そして、鋳型11の表面に無電解めっきを施し、1層の金属層からなる被覆膜21を形成する(1−3)。次に、被覆膜21の上端部を、基材に対して平行な面で除去し、鋳型11を露出させる(1−4)。このとき、被覆膜21の上端部とともに、鋳型11の一部を除去してもよい。最後に、鋳型11を除去する。そうすると、被覆膜21の側壁部21aのみが基材1上に残る(1−5)。
次に、側壁部21aが形成された基材1上に、樹脂膜31を形成する(1−6)。次に、樹脂膜31を、その内部に側壁部21aを含んだ状態で基材1から剥離する(1−7)。そして、この樹脂膜31を溶解、除去することにより、側壁部21aからなる構造体41が得られる(1−8)。
さらに、本実施形態では、基材上に、高アスペクト比の構造物を形成できる。本実施形態においては、たとえばアスペクト比(高さ/幅)が5/1以上、さらには10/1以上の高アスペクト比で構造体を形成できる。アスペクト比の上限としては、(高さ/幅)300/1以下が好ましく、100/1以下がより好ましく、10/1以下が特に好ましい。
図2は、第2の実施形態のフロー図である。本実施形態は、2層の金属層からなる構造体を形成する例である。
本実施形態では、まず、基材1上に鋳型11を形成し(2−1)、該鋳型11の表面に第一の金属層22を形成する(2−2)。次に、該第一の金属層22の表面に、第二の金属層23を形成する(2−3)。これにより、鋳型11表面に、第一の金属層22および第二の金属層23の積層構造の被覆膜(複合膜)が形成される。なお、このとき、第一の金属層22および第二の金属層23のいずれか一方が、金属層以外の他の層であってもよい。
次に、複合膜の上端部を、基材に対して平行な面で除去し、鋳型11を露出させる(2−4)。このとき、複合膜の上端部とともに、鋳型11の一部を除去してもよい。最後に、鋳型11を除去する。そうすると、複合膜の側壁部(22aおよび23a)のみが基材1上に残る(2−5)。
以降、図1の(1−6)〜(1−8)と同様にすることにより、側壁部22aおよび23aからなる構造体41が得られる。
上記実施形態では、鋳型を完全に除去しているが、一部を除去し、一部を残してもよい。
上記実施形態では、被覆膜の一部を除去した後、鋳型の除去を行っているが、被覆膜を除去する前に鋳型の一部または全部の除去を行ってもよい。このような場合、鋳型の除去は、溶出、焼成等により行うことができる。通常、無電解めっきにより形成される金属層は、有孔膜であるため、たとえば前述した溶出処理を行い、有機溶剤により鋳型を溶解させることにより鋳型を除去できる。
上記実施形態では、被覆膜の一部を除去しているが、本発明の製造方法(1)においては、被覆膜の一部の除去を行わなくてもよい。この場合、たとえば上記実施形態のように矩形ライン構造の鋳型を採用すると、得られる構造体は、断面コの字型の構造を有しており、たとえばその両端部を除去することにより、基材上にトンネル構造の構造体が形成される。
本発明の製造方法(2)は、前記本発明の製造方法(1)における「鋳型除去工程」を必須とせず、「被覆膜の一部を除去する工程」を必須とする点で前記本発明の製造方法(1)と相違する。
本発明の製造方法(2)において、前記被覆膜を形成する工程、および被覆膜の一部を除去する工程は、それぞれ、前記本発明の製造方法(1)における「被覆膜形成工程」、および「被覆膜の一部を除去する工程」と同様にして行うことができる。
本工程は、前記本発明の製造方法(1)における「鋳型除去工程」と同様にして行うことができる。
本発明の製造方法(2)においては、「鋳型除去工程」は必須の工程ではないが、該工程を行うことにより、より微細な構造体を得ることができる。
かかるナノ構造体は、電子デバイス、磁気デバイス、分子センサ、金属触媒、アクチュエーター、分離剤、吸着剤、偏光フィルム等の様々な分野への応用が期待される。
本発明の構造体は、前記本発明の製造方法(1)または(2)により製造されるものである。
構造体の形状は、特に限定されない。具体例としては、たとえばライン、シリンダ、およびその他の3次元構造、ならびにそれらのネットワーク構造や複合構造、繰り返し構造等を採用することができる。
前記本発明の製造方法(1)または(2)は、上述したように、ナノ構造体を簡便に製造できることから、本発明の構造体はナノ構造体であることが好ましい。
本発明のテープは、前記本発明の製造方法(1)または(2)により製造されるものであり、たとえば前記鋳型として、矩形ライン状の鋳型を用い、該鋳型を被覆する被覆膜の上端部を除去することにより製造できる。
前記本発明の製造方法(1)または(2)は、上述したように、ナノ構造体を簡便に製造できることから、本発明のテープはナノテープであることが好ましい。
ナノテープは、幅が10〜1000nmであることが好ましく、50〜600nmであることがより好ましい。該ナノテープの幅は、鋳型の高さ、被覆膜の上端部の除去量等を調節することにより調節できる。
また、ナノテープの厚さは、10〜100nmであることが好ましく、50〜70nmであることがより好ましい。該ナノテープの厚さは、被覆膜の厚さを調節することにより調節できる。たとえば無電解めっきの処理時間が長いほど、厚い金属層を形成でき、被覆膜の厚さが厚くなる。
かかるナノテープは、分子センサ、触媒、電気、磁気、光学デバイス等に有用である。
本発明のシリンダは、前記本発明の製造方法(1)または(2)により製造されるものであり、たとえば前記鋳型として、ホールまたは柱状の鋳型を用い、該鋳型を被覆する被覆膜の上端部(天面を含む)を除去することにより製造できる。
前記本発明の製造方法(1)または(2)は、上述したように、ナノ構造体を簡便に製造できることから、本発明のシリンダはナノシリンダであることが好ましい。
ナノシリンダは、幅が100〜1000nmであることが好ましく、200〜500nmであることがより好ましい。該ナノシリンダの幅は、鋳型の高さ、被覆膜の上端部の除去量等を調節することにより調節できる。
また、ナノシリンダの厚さは、10〜100nmであることが好ましく、50〜 70nmであることがより好ましい。該ナノシリンダの厚さは、被覆膜の厚さを調節することにより調節できる。たとえば無電解めっきの処理時間が長いほど、厚い金属層を形成でき、被覆膜の厚さが厚くなる。
かかるナノシリンダは、触媒、光学デバイス等に有用である。
まず、リソグラフィー法により、以下の手順で鋳型を形成した。
8インチのシリコンウェハ基板上に、KrFエキシマレーザー用のポジ型レジスト組成物(商品名:TDUR−P015、東京応化工業社製)をスピンコート法により塗布し、90℃、90秒の条件でプリベークして膜厚700nmのレジスト膜を形成した。該レジスト膜に対し、KrFエキシマレーザ露光機ニコン社製NSR−S205(NA=0.75)を用い、マスクパターンを介して露光し、110℃、90秒の条件でポストベーク(PEB)を行った後、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて60秒間現像することによって、レジストパターン(鋳型)を形成した。
鋳型の形状は、幅約400nm、高さ約700nmの矩形ライン構造とした。
次に、10mlの硝酸銀水溶液(1M)に5分間浸漬した後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で乾燥した。ついで、該基板を10mlの水素化ホウ素ナトリウム水溶液(10mM)に1分間浸漬後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で基板を乾燥した。この一連の操作を5回行うことにより、鋳型表面に微粒子状の銀(触媒)を導入した。
次に、5mlの硝酸銀水溶液(0.15M)にアンモニア水(0.2M)を茶色沈殿が消失するまで(約5ml)加え、硝酸銀/アンモニア混合水溶液を作成した。この溶液1mlにグルコース溶液(水:メタノール=7:3;グルコース濃度:0.7g/l)を1ml混合し、先の操作で作成した基板を浸漬(溶液温度25℃、浸漬時間5分)して銀無電解めっきを行い、鋳型表面に銀薄膜を形成した。
この無電解めっきされた基板に対し、RIE装置を用いて、アルゴンガスによるエッチング処理(ガス流量30sccm、圧力10Pa、パワー300W、処理時間1分)を行い、銀薄膜の上面部分を除去した。続いて、この基板に水素ガスによるエッチング処理(水素プラズマエッチング;圧力27Pa、パワー50W、処理時間40分、処理温度25℃)を行い、鋳型を除去した。以上の操作で、銀薄膜の側面部分からなる銀ナノライン構造が基板上に形成された。この基板上の銀ナノライン構造の縦断面の走査型電子顕微鏡像を図3(a)に示す。
この濾別された銀ナノテープを走査型電子顕微鏡にて観察した。その走査型電子顕微鏡像を図3に示す。図3(b)は銀ナノテープを上側から観察した図であり、(c)は(b)の部分拡大図である。図3(b)および(c)に示すように、厚さ約60nm、テープ幅約600nmの銀ナノテープが形成されていることが認められた。
実施例1と同様にして幅約400nm、高さ約700nmの矩形ライン構造が形成されたシリコンウェハ基板に酸素プラズマ処理(圧力24Pa、パワー10W、処理時間3秒、処理温度25℃)を施して鋳型の表面を活性化させた。
次に、実施例1と同様にして鋳型表面に微粒子状の銀(触媒)を導入した。
次に、塩化銅、ほう酸、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム、ジメチルアミンボランをそれぞれ下記の最終濃度となる量で含有する混合水溶液約90mlに、0.1mol/l水酸化ナトリウム水溶液を適当量加えて、溶液pHを7.0に調整し、水を加えて溶液全量を100mlとした。各成分の最終濃度は塩化銅(0.05M)、ほう酸(0.1M)、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム(0.05M)、ジメチルアミンボラン(0.1M)である。この溶液に該基板を浸漬(溶液温度50℃、浸漬時間10分)して銅無電解めっきを行い、鋳型表面に銅薄膜を形成した。
この無電解めっきされた基板に対し、RIE装置を用いて、アルゴンガスによるエッチング処理(ガス流量30sccm、圧力10Pa、パワー300W、処理時間1分、処理温度25℃)を行い、銅薄膜の上面部分を除去した。続いて、この基板に水素ガスによるエッチング処理(圧力27Pa、パワー50W、処理時間40分、処理温度25℃)を行い、鋳型を除去した。以上の操作で、銅薄膜の側面部分からなる銅ナノライン構造が基板上に形成された。
この濾別された銅ナノテープを走査型電子顕微鏡にて観察した。その走査型電子顕微鏡像を図4に示す。図4(a)は銅ナノテープを上側から観察した図であり、(b)は(a)の部分拡大図である。図4に示すように、厚さ約60nm、テープ幅約600nmの銅ナノテープが形成されていることが認められた。
実施例1と同様にして幅約400nm、高さ約700nmの矩形ライン構造が形成されたシリコンウェハ基板に酸素プラズマ処理(パワー10W、圧力24Pa、処理時間4分、処理温度25℃)を施して矩形ライン構造の高さを約200nmまで減少させた。
次に、実施例1と同様にして鋳型表面に微粒子状の銀(触媒)を導入した。
次に、実施例1と同様にして銀無電解めっきを行い、鋳型表面に銀薄膜を形成した。
この無電解めっきされた基板に対し、RIE装置を用いて、アルゴンガスによるエッチング処理(ガス流量30sccm、圧力10Pa、パワー300W、処理時間1分、処理温度25℃)を行い、銀薄膜の上面部分を除去した。続いてこの基板に水素ガスによるエッチング処理(圧力27Pa、パワー50W、処理時間40分)を行い、鋳型を除去した。以上の操作で銀薄膜の側面部分からなる銀ナノライン構造が基板上に形成された。
この濾別された銀ナノテープを走査型電子顕微鏡にて観察した。その走査型電子顕微鏡像を図5に示す。図5(a)は銀ナノテープを上側から観察した図であり、(b)は(a)の部分拡大図である。図5に示すように、厚さ約60nm、テープ幅約150nmの銀ナノテープが形成されていることが認められた。
使用するマスクパターンを変えた以外は実施例1と同様にして、シリコンウェハ基板上に、内径約450nm、高さ約600nmのホール構造(鋳型)を形成した。
該ホール構造が形成されたシリコンウェハ基板に酸素プラズマ処理(圧力24Pa、パワー10W、処理時間3秒、処理温度25℃)を施して鋳型の表面を活性化させた。
次に、実施例1と同様にして鋳型表面に微粒子状の銀(触媒)を導入した。
次に、実施例1と同様にして銀無電解めっきを行い、鋳型表面に銀薄膜を形成した。
この無電解めっきされた基板に対し、RIE装置を用いて、アルゴンガスによるエッチング処理(ガス流量30sccm、圧力10Pa、パワー300W、処理時間1分)を行い、銀薄膜の上面部分を除去した。続いて、この基板に水素ガスによるエッチング処理(圧力27Pa、パワー50W、処理時間40分、処理温度25℃)を行い、鋳型を除去した。以上の操作で銀薄膜の側面部分からなる銀ナノシリンダ構造が基板上に形成された。この基板上の銀ナノシリンダ構造の縦断面の走査型電子顕微鏡像を図6(a)に示す。
この濾別された銀ナノシリンダを上側から走査型電子顕微鏡にて観察した。その走査型電子顕微鏡像を図6(b)に示す。図6(b)に示すように、周囲の壁の厚さ約60nm、高さ約400nmの銀ナノシリンダが形成されていることが認められた。
シリコンウェハ基板上に、実施例3と同様にして幅約400nm、高さ約700nmの矩形ライン構造の鋳型を形成した。該基板に酸素プラズマ処理(パワー10W、圧力24Pa、処理時間3分、処理温度25℃)を施して矩形ライン構造の高さを約500nmまで減少させた。
次に、30mlの塩酸(0,005M)、塩化すず(0.022M)混合水溶液に2分間浸漬した後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で乾燥した。ついで、該基板を30mlの塩酸(0.0005M)、塩化パラジウム(0.0015M)混合水溶液に5分間浸漬後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で基板を乾燥した。
次に、塩化ニッケル(0.13M)、無水クエン酸三ナトリウム二水和物(0.034M)、ジメチルアミンボラン(0.025M)を含む混合水溶液約10mlを作製した。この溶液に該基板を浸漬し(溶液温度70℃、浸漬時間20秒)、鋳型表面上にニッケル薄膜を形成した。
この無電解めっきされた基板に対し、RIE装置を用いて、アルゴンおよびCF4混合ガスによるエッチング処理(アルゴン流量30sccm、CF4流量5sccm、圧力2pa、パワー100W、処理時間10分)を行い、ニッケル薄膜の上面部分を除去した。続いてこの基板に酸素ガスによるエッチング処理(圧力24Pa、パワー10W、処理時間4分)を行い、鋳型を除去した。以上の操作でニッケル薄膜の側面部分からなるニッケルナノライン構造を得た。
このニッケルナノライン構造を有する基板を水酸化ナトリウム水溶液(2M)に浸漬し(溶液温度70℃、浸漬時間5分)、基板上からナノライン構造体を水溶液中に剥離した。その水溶液をアルミナメンブレン(細孔径0.02μm)によって吸引ろ過し、メンブレン上にニッケルナノテープを得た。
この濾別されたニッケルナノテープを走査型電子顕微鏡にて観察した。図7は、この結果を示したもの((b)は(a)の部分拡大図)で、厚さ約30nm、テープ幅約400nmのニッケルナノテープが形成されていることが認められた。
シリコンウェハ基板上に、実施例3と同様にして幅約400nm、高さ約700nmの矩形ライン構造の鋳型を形成した。該基板に酸素プラズマ処理(パワー10W、圧力24Pa、処理時間3分、処理温度25℃)を施して矩形ライン構造の高さを約500nmまで減少させた。
次に、30mlの塩酸(0,005M)、塩化すず(0.022M)混合水溶液に2分間浸漬した後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で乾燥した。ついで、該基板を30mlの塩酸(0.0005M)、塩化パラジウム(0.0015M)混合水溶液に5分間浸漬後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で基板を乾燥した。
次に、硫酸コバルト七水和物、無水クエン酸三ナトリウム二水和物、ジメチルアミンボラン、硫酸アンモニウム、リン酸、酒石酸ナトリウム二水和物を所定量含む混合水溶液約10mlに2M水酸化ナトリウム水溶液を適当量加えて、溶液pHを9.0に調整し、水を加えて溶液全量を20mlとした。各成分の最終濃度は硫酸コバルト七水和物(0.1M)、無水クエン酸三ナトリウム二水和物(0.05M)、ジメチルアミンボラン(0.025M)、硫酸アンモニウム(0.2M)、リン酸(0.06M)、酒石酸ナトリウム二水和物(0.2M)である。この溶液に該基板を浸漬し(溶液温度70℃、浸漬時間20秒)、鋳型表面上にコバルト薄膜を形成した。
この無電解めっきされた基板に対し、RIE装置を用いて、アルゴンおよびCF4混合ガスによるエッチング処理(アルゴン流量30sccm、CF4流量5sccm、圧力2pa、パワー100W、処理時間8分)を行い、コバルト薄膜の上面部分を除去した。続いてこの基板に酸素ガスによるエッチング処理(圧力24Pa、パワー10W、処理時間4分)を行い、鋳型を除去した。以上の操作でコバルト薄膜の側面部分からなるコバルトナノライン構造を得た。
このコバルトナノライン構造を有する基板を水酸化ナトリウム水溶液(2M)に浸漬し(溶液温度70℃、浸漬時間5分)、基板上からナノライン構造体を水溶液中に剥離した。その水溶液をアルミナメンブレン(細孔径0.02μm)によって吸引ろ過し、メンブレン上にコバルトナノテープを得た。
この濾別されたコバルトナノテープを走査型電子顕微鏡にて観察した。図8は、この結果を示したもの((b)は(a)の部分拡大図)で、厚さ約30nm、テープ幅約500nmのコバルトナノテープが形成されていることが認められた。
シリコンウェハ基板上に、使用するマスクパターンを変えた以外は実施例4と同様にして、幅約500nm、高さ約600nmのホール構造の鋳型を形成した。該基板に酸素プラズマ処理(パワー10W、圧力24Pa、処理時間3秒、処理温度25℃)を施して鋳型の表面を活性化させた。
次に、30mlの塩酸(0,005M)、塩化すず(0.022M)混合水溶液に2分間浸漬した後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で乾燥した。ついで、該基板を30mlの塩酸(0.0005M)、塩化パラジウム(0.0015M)混合水溶液に5分間浸漬後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で基板を乾燥した。
次に、塩化ニッケル(0.13M)、無水クエン酸三ナトリウム二水和物(0.034M)、ジメチルアミンボラン(0.025M)を含む混合水溶液約10mlを作製した。この溶液に該基板を浸漬し(溶液温度70℃、浸漬時間20秒)、鋳型表面上にニッケル薄膜を形成した。
この無電解めっきされた基板に対し、RIE装置を用いて、アルゴンおよびCF4混合ガスによるエッチング処理(アルゴン流量30sccm、CF4流量5sccm、圧力2pa、パワー100W、処理時間10分)を行い、ニッケル薄膜の上面部分を除去した。続いてこの基板に酸素ガスによるエッチング処理(圧力24Pa、パワー10W、処理時間4分)を行い、鋳型を除去した。以上の操作でニッケル薄膜の側面部分からなるニッケルナノシリンダ構造を得た。
このニッケルナノシリンダ構造を有する基板を水酸化ナトリウム水溶液(2M)に浸漬し(溶液温度70℃、浸漬時間5分)、基板上からナノシリンダ構造体を水溶液中に剥離した。その水溶液をアルミナメンブレン(細孔径0.02μm)によって吸引ろ過し、メンブレン上にニッケルナノシリンダを得た。
この濾別されたニッケルナノシリンダを走査型電子顕微鏡にて観察した。図9は、この結果を示したもの((b)は(a)の部分拡大図)で、厚さ約30nm、高さ約500nmのニッケルナノシリンダ構造体が形成されていることが認められた。
シリコンウェハ基板上に、実施例3と同様にして幅約400nm、高さ約700nmの矩形ライン構造の鋳型を形成した。該基板に酸素プラズマ処理(パワー10W、圧力24Pa、処理時間2分、処理温度25℃)を施して、鋳型の高さを減少させるとともに該鋳型の表面を活性化させた。
次に、20mlの硝酸銀水溶液(1M)に5分間浸漬した後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で乾燥した。ついで、該基板を20mlの水素化ホウ素ナトリウム水溶液(10mM)に1分間浸漬後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で基板を乾燥した。この一連の操作を3回行った。
次に、20mlの硝酸銀水溶液(0.15M)にアンモニア水(0.2M)を茶色沈殿が消失するまで(約30ml)加え、硝酸銀/アンモニア混合水溶液を作成した。この溶液1mlにグルコース溶液(水:メタノール=7:3;グルコース濃度0.7g/l)を1ml混合し、先の操作で作成した基板を浸漬し(溶液温度25℃、浸漬時間5分間)、銀無電解めっきを行って鋳型表面に銀薄膜を形成した。
この無電解めっきされた基板をアセトンに5分間浸漬して鋳型を除去した。
次に、該基板に、RIE装置を用いて、アルゴンガスによるエッチング処理(ガス流量30sccm、圧力10pa、パワー100W、処理時間10分)を行い、銀薄膜の上面部分を除去した。続いてこの基板に水素ガスによるエッチング処理(ガス流量30sccm、圧力2Pa、パワー70W、処理時間1分)を行い、基板上の残留有機物を除去した。以上の操作で銀薄膜の側面部分からなる銀ナノライン構造を得た。
この銀ライン構造を有する基板を、60℃に加熱した1mlの水酸化ナトリウム水溶液(1.0M)に180秒間浸漬した。その後、基板から剥離し遊離したナノラインアレイを回収し、アルミナメンブレン(細孔径0.2μm)によって吸引ろ過し、メンブレン上に銀ナノテープを得た。
この濾別された銀ナノテープを走査型電子顕微鏡にて観察した。図10は、この結果を示したもので、厚さ約50nm、テープ幅約400nmの銀ナノテープが形成されていることが認められた。
鋳型表面を活性化させる際の酸素プラズマ処理の処理時間を4分に変更した以外は実施例8と同様にして、銀ナノテープを得た。
この銀ナノテープを走査型電子顕微鏡にて観察した。図11は、この結果を示したもので、厚さ約50nm、テープ幅約220nmの銀ナノテープが形成されていることが認められた。
鋳型表面を活性化させる際の酸素プラズマ処理の処理時間を5分に変更した以外は実施例8と同様にして、銀ナノテープを得た。
この銀ナノテープを走査型電子顕微鏡にて観察した。図12は、この結果を示したもので、厚さ約50nm、テープ幅約98nmの銀ナノテープが形成されていることが認められた。
鋳型表面を活性化させる際の酸素プラズマ処理の処理時間を5分15秒に変更した以外は実施例8と同様にして、銀ナノテープを得た。
この銀ナノテープを走査型電子顕微鏡にて観察した。図13は、この結果を示したもので、厚さ約50nm、テープ幅約77nmの銀ナノテープが形成されていることが認められた。
シリコンウェハ基板上に、実施例3と同様にして幅約400nm、高さ約700nmの矩形ライン構造の鋳型を形成した。該基板に酸素プラズマ処理(パワー10W、圧力24Pa、処理時間3分、処理温度25℃)を施して、鋳型の高さを減少させるとともに該鋳型の表面を活性化させた。
次に、20mlの塩化スズ水溶液(0.022M)に2分間浸漬した後、脱イオン水で2回洗浄し、窒素ガス気流で乾燥した。ついで、該基板を20mlの塩化パラジウム水溶液(0.0015M)に5分間浸漬後、脱イオン水で2回洗浄し、窒素ガス気流で基板を乾燥した。この一連の操作を1回行った。
次に、塩化ニッケル(0.126M)とクエン酸ナトリウム(0.034M)を含む混合水溶液1mlに、1mlのジメチルアミンボラン水溶液(0.1M)を加え、60℃に加熱し、先の操作で作製した基板を15秒間浸漬し、ニッケル無電解めっきを行った。次にシアン化金酸カリウム(0.024M)を含む金置換めっき水溶液(日立化成、商品名:HSG−500、水:HGS−500=9:1)を60℃に加熱し、ニッケルの無電解めっきされた基板を先の溶液に10分間浸漬し、金の置換めっきを行った。
この金置換めっきされた基板を、RIE装置を用いて、アルゴンガスによるエッチング処理(ガス流量30sccm、圧力10pa、パワー100W、処理時間5分)を行い、金薄膜の上面部分を除去した。続いてこの基板を硝酸水溶液(10%)に5分間浸漬して、ニッケルを除去した。次に酸素プラズマ処理(パワー10W、圧力24Pa、処理時間8分)を施して鋳型を除去した。さらに硝酸水溶液(10%)に5分間浸漬して、残留ニッケルを除去した。以上の操作で金薄膜の側面部分からなる金ナノライン構造を得た。
この金ライン構造を有する基板を、60℃に加熱した1mlの水酸化ナトリウム水溶液(1.0M)に180秒間浸漬した。その後、基板から剥離したナノラインアレイを回収し、アルミナメンブレン(細孔径0.2μm)によって吸引ろ過し、メンブレン上に金ナノテープを得た。
この濾別された金ナノテープを走査型電子顕微鏡にて観察した。図14は、この結果を示したもので、厚さ約30nm、テープ幅約400nmの金ナノテープが形成されていることが認められた。
鋳型表面を活性化させる際の酸素プラズマ処理の処理時間を4分に変更し、ニッケル無電解めっきされた基板に対して金の置換めっきを行う際の浸漬時間を4分に変更した以外は実施例12と同様にして、金ナノテープを得た。
この金ナノテープを走査型電子顕微鏡にて観察した。図15は、この結果を示したもので、厚さ約30nm(実施例12の金ナノテープよりも微増)、テープ幅約250nmの金ナノテープが形成されていることが認められた。
鋳型表面を活性化させる際の酸素プラズマ処理の処理時間を4分30秒に変更した以外は実施例13と同様にして、金ナノテープを得た。
この金ナノテープを走査型電子顕微鏡にて観察した。図16は、この結果を示したもので、厚さ約30nm(実施例12の金ナノテープよりも微増)、テープ幅約200nmの金ナノテープが形成されていることが認められた。
Claims (18)
- 少なくとも、基材上に設けられた鋳型の表面に、無電解めっきにより形成される金属層を含む被覆膜を形成する工程と、前記被覆膜の一部または全部を残したまま、前記鋳型の一部または全部を除去する工程とを行うことにより前記基材上に構造体を形成し、前記基材と前記構造体とを分離することを特徴とする構造体の製造方法。
- 前記鋳型の一部または全部を除去する前に、前記被覆膜の一部を除去する工程を行う請求項1に記載の構造体の製造方法。
- 前記鋳型の一部または全部を除去した後に、前記被覆膜の一部を除去する工程を行う請求項1または2に記載の構造体の製造方法。
- 前記鋳型の一部を除去した後に、前記被覆膜の一部を除去する工程を行う請求項3に記載の構造体の製造方法。
- 前記除去される被覆膜の一部が、前記被覆膜の上端部である請求項2〜4のいずれか一項に記載の構造体の製造方法。
- 少なくとも、基材上に設けられた鋳型の表面に、無電解めっきにより形成される金属層を含む被覆膜を形成する工程と、前記被覆膜の一部を除去する工程とを行うことにより前記基材上に構造体を形成し、前記基材と前記構造体とを分離することを特徴とする構造体の製造方法。
- 前記除去される被覆膜の一部が、前記被覆膜の上端部である請求項6に記載の構造体の製造方法。
- 前記被覆膜の一部を除去する前および/または後に、鋳型の一部または全部を除去する工程を行う請求項6または7に記載の構造体の製造方法。
- 前記構造体が形成された基材上に樹脂溶液を塗布して樹脂膜を形成し、該樹脂膜を前記基材から剥離することにより前記基材と前記構造体とを分離する請求項1〜8のいずれか一項に記載の構造体の製造方法。
- 前記鋳型の表面に、無電解めっきにおける触媒を導入した後、前記無電解めっきを行う請求項1〜9のいずれか一項に記載の構造体の製造方法。
- 前記金属層を形成する前に、前記鋳型の表面に親水化処理を施す請求項1〜10のいずれか一項に記載の構造体の製造方法。
- 前記親水化処理が酸素プラズマ処理である請求項11に記載の構造体の製造方法。
- 前記金属層を構成する金属が金、銀、銅、ニッケルおよびコバルトからなる群から選択される少なくとも1種である請求項1〜12のいずれか一項に記載の構造体の製造方法。
- 前記鋳型が、分子量500以上の有機化合物を含有する鋳型形成用材料からなるものである請求項1〜13のいずれか一項に記載の構造体の製造方法。
- 前記鋳型形成用材料がレジスト組成物である請求項14に記載の構造体の製造方法。
- 請求項1〜15のいずれか一項に記載の構造体の製造方法により製造される構造体。
- 請求項1〜15のいずれか一項に記載の構造体の製造方法により製造されるテープ。
- 請求項1〜15のいずれか一項に記載の構造体の製造方法により製造されるシリンダ。
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