JP2009235553A - Nanohole structure and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気記録媒体、フォトニック結晶、及びバイオチップ等に適用可能なナノホール構造体及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a nanohole structure applicable to a magnetic recording medium, a photonic crystal, a biochip, and the like, and a manufacturing method thereof.
金属アルミニウムを陽極酸化して作製する陽極酸化アルミナは、1)発生するナノホールのピッチや口径を陽極酸化条件によりある程度任意に制御できること、2)陽極酸化前に金属アルミニウム表面にナノホール発生の起点(形成開始点)となる浅い窪みを形成しておくこと(テクスチャリング処理)により、ナノホールの理想配列を得ることができること、3)形成されたナノホール中に、さまざまな金属(金属一般、磁性体、生体親和材料)をメッキによって充填することが可能で、磁気記録媒体、フォトニック結晶、バイオチップ等への適用が期待されている。 Anodized alumina produced by anodizing metallic aluminum 1) The pitch and diameter of the generated nanoholes can be controlled to some extent depending on the anodizing conditions. 2) The origin (formation) of nanohole generation on the surface of metallic aluminum before anodizing By forming shallow depressions (starting points) (texturing process), it is possible to obtain an ideal arrangement of nanoholes. 3) Various metals (metals in general, magnetic materials, living organisms) in the formed nanoholes. Affinity materials) can be filled by plating, and application to magnetic recording media, photonic crystals, biochips and the like is expected.
陽極酸化アルミナにおけるナノホールに金属を充填したアルミナ・金属複合媒体の応用を検討していく上で、理想配列したナノホールに任意の金属を充填するという技術だけでは不十分である。つまり、例えば、フォトニック結晶での誘電率変調、磁気記録媒体でのサーボパターン作製等のためには、任意のナノホールに金属を充填する(任意のナノホールに金属を充填しない)というパターニング技術の開発が必要である。 In examining the application of an alumina / metal composite medium in which nanoholes are filled with metal in anodized alumina, the technology of filling an arbitrary metal into ideally arranged nanoholes is not sufficient. In other words, for example, for dielectric constant modulation in photonic crystals, servo pattern production in magnetic recording media, etc., development of patterning technology that fills any nanohole with metal (does not fill any nanohole with metal) is required.
従来より、バルクのアルミニウムから作製した陽極酸化アルミナに形成されたナノホールに対する金属充填領域を制御する方法として、陽極酸化アルミナをフォトリソグラフィによってパターニングした上で、メッキを行うことが公知とされている(例えば、特許文献1)。しかし、ナノホールピッチ(ナノホールパターン)が微細化され、また、陽極酸化アルミナが薄膜化されたアルミニウムから作製された場合において、以下のような問題が生じていた。 Conventionally, as a method for controlling a metal filling region for nanoholes formed in anodized alumina produced from bulk aluminum, it is known to perform plating after patterning anodized alumina by photolithography (see FIG. For example, Patent Document 1). However, when the nanohole pitch (nanohole pattern) is miniaturized and the anodized alumina is made of thinned aluminum, the following problems occur.
レジストを用いたフォトリソグラフを行うためには、レジストの密着性を確保するためウエット処理で作製したアルミナを乾燥し、疎水化処理を行う必要がある。その結果、ナノホール最下部の絶縁層(一般に、バリア層と呼ばれる)の膜厚が増加し、高抵抗となってメッキ不良を引き起こすという問題があった。また、ナノホールが微細化されると、ナノホール内に侵入したレジストを完全に除去することが困難となり、ナノホール内に残存したレジストがメッキ不良を引き起こすという問題があった。 In order to perform photolithography using a resist, it is necessary to dry the alumina prepared by the wet process and to perform a hydrophobization process in order to ensure adhesion of the resist. As a result, the thickness of the insulating layer (generally referred to as a barrier layer) at the bottom of the nanohole increases, resulting in a problem of high resistance and poor plating. Further, when the nanohole is miniaturized, it is difficult to completely remove the resist that has entered the nanohole, and the resist remaining in the nanohole causes a plating defect.
また、ナノホール最下部の絶縁層の膜厚増加によるメッキ不良を避けるために、メッキ前に酸処理を行って絶縁層をエッチングすると、アルミナナノホールの口径も拡大してしまい(一般に、ポアワイドニング、口径拡大処理といわれる)、応用のための特性の自由度が減ってしまうという問題があった。 In addition, in order to avoid plating defects due to an increase in the thickness of the insulating layer at the bottom of the nanohole, when the insulating layer is etched by performing an acid treatment before plating, the diameter of the alumina nanohole is also enlarged (in general, pore widening, There is a problem that the degree of freedom of characteristics for application is reduced.
また、ナノホール最下部の絶縁層の膜厚増加によるメッキ不良を避けるために、メッキ時の電圧を高くしてメッキ電流を確保すると、薄膜アルミを使った場合において、界面にストレスが集中し、アルミナ膜が剥がれやすくなってしまうという問題があった。 In addition, in order to avoid plating defects due to an increase in the thickness of the insulating layer at the bottom of the nanohole, if the plating voltage is increased to secure the plating current, stress is concentrated on the interface when using thin film aluminum, and alumina is used. There was a problem that the film easily peeled off.
さらに、充填領域と非充填領域を制御する別の方法として、以下の方法が提案されている。まず、ナノホールの起点となる窪みのピッチと、陽極酸化条件によって決まるピッチとを特定の倍率でずらし、窪みと窪みとの間の特定の位置にナノホールを誘導発生させる。この誘導発生されたナノホールは、窪みを起点とするナノホールと比べて、成長速度が遅いことを利用して、窪みを起点とするナノホールのみに金属を充填する(例えば、特許文献2)。しかしながら、非充填領域のサイズは、起点となる窪みのピッチのせいぜい数倍であり、サーボパターンやフォトニック結晶への応用に必要な面積を有する非充填領域の作製には対応できないという問題があった。 Furthermore, the following method has been proposed as another method for controlling the filling region and the non-filling region. First, the pitch of the recesses that are the starting points of the nanoholes and the pitch determined by the anodizing conditions are shifted by a specific magnification to induce and generate nanoholes at a specific position between the recesses and the recesses. The induced nanoholes are filled with metal only in the nanoholes starting from the depressions by utilizing the fact that the growth rate is slower than the nanoholes starting from the depressions (for example, Patent Document 2). However, the size of the unfilled region is at most several times the pitch of the depressions that are the starting point, and there is a problem that it is not possible to produce an unfilled region having an area necessary for application to a servo pattern or a photonic crystal. It was.
本発明は、従来における前記問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、電極層上に位置する領域に形成されたナノホールについては充填状態とし、絶縁層上に位置する領域に形成されたナノホールについては非充填とすることができ、もってナノホールの充填状態を制御することができるナノホール構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the conventional problems and achieve the following objects. That is, the nanoholes formed in the region located on the electrode layer can be filled, and the nanoholes formed in the region located on the insulating layer can be unfilled, thereby controlling the nanohole filling state. It is an object to provide a nanohole structure that can be manufactured and a method for manufacturing the same.
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
本発明のナノホール構造体の製造方法は、基板の上に電極層を形成する電極層形成工程と、前記電極層上の一部に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記電極層及び前記絶縁層を覆う基材を形成する基材形成工程と、前記基材にナノホールを形成するナノホール形成工程と、前記電極層上に位置する領域に形成されたナノホール内に電気メッキ法にて金属を充填する金属充填工程と含むことを特徴とする。
該ナノホール構造体の製造方法では、前記電極層形成工程において、基板の上に電極層が形成され、前記絶縁層形成工程において、前記電極層上の一部に絶縁層が形成され、前記基材形成工程において、前記電極層及び前記絶縁層を覆う基材が形成され、前記ナノホール形成工程において、前記基材にナノホールが形成され、前記金属充填工程において、前記電極層上に位置する領域に形成されたナノホール内に電気メッキ法にて金属が充填される。
基板上に形成された電極層と基材との間にパターニングされた絶縁層を設け、基材を陽極酸化した場合、基材に形成されたナノホールは基材表面から基板に向かって成長する。ここで、絶縁層上に位置する領域に形成されたナノホールは、下部バリア層が絶縁層に接触した時点で高抵抗となり、それ以上の電流供給が停止されて成長が停止する。一方、電極層膜上に位置する領域に形成されたナノホールは、電極層まで成長を続ける。さらに、電気メッキを行うと、電極層膜上に位置する領域に形成されたナノホールには金属が充填されるが、絶縁層上に位置する領域に形成されたナノホールは高抵抗であるため金属が充填されない。
Means for solving the problems are as follows. That is,
The method for producing a nanohole structure of the present invention includes an electrode layer forming step of forming an electrode layer on a substrate, an insulating layer forming step of forming an insulating layer on a part of the electrode layer, the electrode layer, A base material forming step of forming a base material covering the insulating layer, a nano hole forming step of forming nano holes in the base material, and a metal by electroplating in the nano holes formed in the region located on the electrode layer And a metal filling step of filling.
In the method for producing a nanohole structure, an electrode layer is formed on a substrate in the electrode layer forming step, an insulating layer is formed on a part of the electrode layer in the insulating layer forming step, and the base material In the forming step, a base material covering the electrode layer and the insulating layer is formed, in the nanohole forming step, nanoholes are formed in the base material, and in the metal filling step, formed in a region located on the electrode layer The filled nanoholes are filled with metal by electroplating.
When a patterned insulating layer is provided between the electrode layer formed on the substrate and the base material and the base material is anodized, nanoholes formed in the base material grow from the base material surface toward the substrate. Here, the nanohole formed in the region located on the insulating layer has a high resistance when the lower barrier layer comes into contact with the insulating layer, and the current supply beyond that stops and the growth stops. On the other hand, nanoholes formed in a region located on the electrode layer film continue to grow up to the electrode layer. Furthermore, when electroplating is performed, metal is filled in the nanoholes formed in the region located on the electrode layer film. However, since the nanoholes formed in the region located on the insulating layer have high resistance, Not filled.
本発明のナノホール構造体は、基板と、前記基板の上に形成された電極層と、前記電極層上の一部に形成された絶縁層と、前記電極層及び前記絶縁層を覆い、前記電極層上に位置する領域に第一ナノホールが形成され、前記絶縁層上に位置する領域に第二ナノホールが形成された基材とを有することを特徴とする。
該ナノホール構造体は、電極層上に位置する領域に第一ナノホールが形成され、絶縁層上に位置する領域に第二ナノホールが形成されているので、第一ナノホールについては充填状態とし、第二ナノホールについては非充填とすることができ、もってナノホールの充填状態を制御することができる。
The nanohole structure of the present invention covers a substrate, an electrode layer formed on the substrate, an insulating layer formed on a part of the electrode layer, the electrode layer and the insulating layer, and the electrode The substrate has a first nanohole formed in a region located on the layer and a second nanohole formed in a region located on the insulating layer.
In the nanohole structure, the first nanohole is formed in the region located on the electrode layer, and the second nanohole is formed in the region located on the insulating layer. Nanoholes can be unfilled, and the filling state of nanoholes can be controlled.
本発明によると、従来における問題を解決することができ、電極層上に位置する領域に形成されたナノホールについては充填状態とし、絶縁層上に位置する領域に形成されたナノホールについては非充填とすることができ、もってナノホールの充填状態を制御することができるナノホール構造体及びその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, the conventional problems can be solved, and nanoholes formed in a region located on the electrode layer are filled, and nanoholes formed in a region located on the insulating layer are unfilled. Therefore, it is possible to provide a nanohole structure that can control the filling state of the nanohole and a method for manufacturing the nanohole structure.
(ナノホール構造体)
前記ナノホール構造体としては、基板と、電極層と、絶縁層と、基材とを有し、更に必要に応じてその他の層を有すること以外には特に制限はなく、その形状、構造、大きさ等について目的に応じて適宜選択することができる。
(Nanohole structure)
The nanohole structure is not particularly limited except that it has a substrate, an electrode layer, an insulating layer, and a base material, and further has other layers as necessary, and its shape, structure, size The thickness and the like can be appropriately selected according to the purpose.
前記形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、板状、円板状(ディスク状)等が好適に挙げられる。これらの中でも、前記ナノホール構造体をハードディスク等の磁気記録媒体に適用する場合には、円板状(ディスク状)であるのが好ましい。
なお、前記形状が前記板状、円板状等である場合には、前記ナノホール(細孔)は、これらの一の露出面(板面)に対し、略直交する方向に形成される。
There is no restriction | limiting in particular as said shape, According to the objective, it can select suitably, For example, plate shape, disk shape (disk shape), etc. are mentioned suitably. Among these, when the nanohole structure is applied to a magnetic recording medium such as a hard disk, a disk shape (disk shape) is preferable.
In addition, when the said shape is the said plate shape, disk shape, etc., the said nanohole (pore) is formed in the direction substantially orthogonal to these one exposed surface (plate surface).
前記構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。 There is no restriction | limiting in particular as said structure, According to the objective, it can select suitably.
前記大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記ナノホール構造体をハードディスク等の磁気記録媒体に適用する場合には、既存のハードディスク等の大きさに対応した大きさが好ましく、前記ナノホール構造体をDNAチップ等に適用する場合には、既存のDNAチップ等の大きさに対応した大きさが好ましい。 The size is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, when the nanohole structure is applied to a magnetic recording medium such as a hard disk, the size of an existing hard disk or the like is not limited. The size corresponding to the size of an existing DNA chip or the like is preferable when the nanohole structure is applied to a DNA chip or the like.
−基板−
前記基板としては、その形状、構造、大きさ、材質等について特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記形状としては、前記磁気記録媒体がハードディスク等の磁気ディスクである場合には、円板状であり、また、前記構造としては、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよく、また、前記材質としては、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、アルミニウム、ガラス、シリコン、石英、シリコン表面に熱酸化膜を形成してなるSiO2/Si、等が挙げられる。これらの基板材料は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。また、前記基板として、後述する電極層と一体化された導電性基体としてのn++またはP++のSi基板を用いてもよい。
なお、前記基板は、適宜製造したものであってもよいし、市販品を使用してもよい。
-Board-
The shape, structure, size, material and the like of the substrate are not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, the shape of the substrate is a magnetic disk such as a hard disk. In this case, it is disc-shaped, and the structure may be a single-layer structure or a laminated structure, and the material may be appropriately selected from known materials. Examples thereof include aluminum, glass, silicon, quartz, and SiO 2 / Si formed by forming a thermal oxide film on the silicon surface. These board | substrate materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. Further, as the substrate, an n ++ or P ++ Si substrate as a conductive substrate integrated with an electrode layer described later may be used.
In addition, the said board | substrate may be manufactured suitably and a commercial item may be used.
−電極層−
前記電極層としては、前記基板の上に形成されたこと以外には、その形状、構造、材質等について目的に応じて適宜選択することができる。
-Electrode layer-
The electrode layer can be appropriately selected according to the purpose with respect to its shape, structure, material, etc., except that it is formed on the substrate.
前記電極層の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Cr、Co、Pt、Cu、Ir、Rh、これらの合金等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。また、該電極層は、これらの材料以外に、W、Nb、Ti、Ta、Si、O等を含有していてもよい。また、前記電極層として、パーマロイ膜や、前記基板と一体化された導電性基体としてのn++のSi基板を用いてもよい。 There is no restriction | limiting in particular as a material of the said electrode layer, According to the objective, it can select suitably, For example, Cr, Co, Pt, Cu, Ir, Rh, these alloys, etc. are mentioned. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together. The electrode layer may contain W, Nb, Ti, Ta, Si, O, etc. in addition to these materials. Further, as the electrode layer, a permalloy film or an n ++ Si substrate as a conductive substrate integrated with the substrate may be used.
前記電極層の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。該電極層は、1層のみ設けられていてもよいし、2層以上設けられていてもよい。
前記電極層の形成は、特に制限はなく、公知の方法に従って行うことができるが、例えば、スパッタ法、蒸着法等により行うことができる。
There is no restriction | limiting in particular as thickness of the said electrode layer, According to the objective, it can select suitably. One electrode layer may be provided, or two or more electrode layers may be provided.
The formation of the electrode layer is not particularly limited and can be performed according to a known method. For example, the electrode layer can be formed by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like.
−絶縁層−
前記絶縁層としては、前記電極層上の一部に形成されたこと以外には、その形状、構造、材質等について目的に応じて適宜選択することができ、例えば、プラズマCVD法で製膜したSiO2膜、蒸着やスパッタ法で製膜した、SiON、SiOx、SiO、CeO2、アルミナ等の絶縁性酸化物、窒化物等が挙げられる。
さらに、レジストそのものを絶縁層として用いることもできる。
前記絶縁層を任意のパターンで形成することにより、充填領域と非充填領域とを任意に設定することができる。
−Insulating layer−
As the insulating layer, except that it is formed on a part of the electrode layer, its shape, structure, material, and the like can be appropriately selected according to the purpose. For example, the insulating layer is formed by a plasma CVD method. Examples thereof include SiO 2 films, insulating oxides such as SiON, SiOx, SiO, CeO 2 , and alumina formed by vapor deposition or sputtering, and nitrides.
Further, the resist itself can be used as an insulating layer.
By forming the insulating layer in an arbitrary pattern, the filled region and the non-filled region can be arbitrarily set.
−基材−
前記基材としては、前記電極層及び前記絶縁層を覆い、前記電極層上に位置する領域に第一ナノホールが形成され、前記絶縁層上に位置する領域に第二ナノホールが形成されたこと以外には、その形状、構造、材質等について目的に応じて適宜選択することができる。前記材質としては、金属単体、その酸化物、窒化物等、合金等を挙げることができ、その中でも、例えばアルミニウム、アルミナ(酸化アルミニウム)、酸化チタン、シリコン等が特に好ましい。
-Base material-
The base material covers the electrode layer and the insulating layer, except that a first nanohole is formed in a region located on the electrode layer, and a second nanohole is formed in a region located on the insulating layer. The shape, structure, material and the like can be appropriately selected according to the purpose. Examples of the material include simple metals, oxides thereof, nitrides, alloys, and the like. Among them, for example, aluminum, alumina (aluminum oxide), titanium oxide, silicon, and the like are particularly preferable.
−−ナノホール−−
前記ナノホールは、前記電極層上に位置する領域に形成された第一ナノホールと、前記絶縁層上に位置する領域に形成された第二ナノホールとからなる。前記ナノホールは、前記基材に形成され、基材表面から前記基板に向かって成長する。ここで、前記絶縁層上に位置する領域に形成された第二ナノホールは、下部バリア層が絶縁層に接触した時点で高抵抗となり、それ以上の電流供給が停止されて成長が停止する。一方、電極層膜上に位置する領域に形成された第一ナノホールは、電極層まで成長を続ける。即ち、前記第二ナノホールは、前記第一ナノホールよりも深さが浅い。
さらに、電気メッキを行うと、電極層膜上に位置する領域に形成された第一ナノホールには金属が充填されるが、絶縁層上に形成された第二ナノホールは高抵抗であるため金属が充填されない。この金属が充填されなかった第二ナノホールに絶縁性物質を充填してもよい。
--- Nanohole--
The nanohole includes a first nanohole formed in a region located on the electrode layer and a second nanohole formed in a region located on the insulating layer. The nanoholes are formed in the base material and grow from the base material surface toward the substrate. Here, the second nanohole formed in the region located on the insulating layer has a high resistance when the lower barrier layer contacts the insulating layer, and the current supply beyond that is stopped to stop the growth. On the other hand, the first nanohole formed in the region located on the electrode layer film continues to grow up to the electrode layer. That is, the second nanohole is shallower than the first nanohole.
Furthermore, when electroplating is performed, the first nanohole formed in the region located on the electrode layer film is filled with metal, but the second nanohole formed on the insulating layer has high resistance, so Not filled. The second nanohole that is not filled with the metal may be filled with an insulating material.
前記ナノホールの配列としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、一方向に平行に配列していてもよいし、同心円状及び螺旋状の少なくともいずれかに配列していてもよい。前記ナノホール構造体をDNAチップ等に適用する場合には前者の配列が好ましく、前記ナノホール構造体をハードディスク、ビデオディスク等の前記磁気記録媒体に適用する場合には後者の配列が好ましく、特に、ハードディスク用途の場合にはアクセスの容易性の観点から同心円状が好ましく、ビデオディスク用途の場合には連続再生の容易性の観点から螺旋状が好ましい。
なお、前記ナノホール構造体がハードディスク等の前記磁気記録媒体に適当する場合、隣接するナノホール列におけるナノホールが、半径方向に配列しているのが好ましい。この場合、該磁気記録媒体は、磁気ヘッドの書込み電流を増やすことなく高密度記録・高速記録が可能で大容量であり、オーバーライト特性に優れ、均一な特性を有し、特にクロスリードやクロスライト等の問題がなく、極めて高品質である。
The arrangement of the nanoholes is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose.For example, the nanoholes may be arranged in parallel in one direction, or arranged in at least one of concentric and spiral shapes. It may be. The former arrangement is preferable when the nanohole structure is applied to a DNA chip or the like, and the latter arrangement is preferable when the nanohole structure is applied to the magnetic recording medium such as a hard disk or a video disk. In the case of use, a concentric shape is preferable from the viewpoint of easy access, and in the case of video disk use, a spiral shape is preferable from the viewpoint of easy continuous reproduction.
When the nanohole structure is suitable for the magnetic recording medium such as a hard disk, it is preferable that the nanoholes in adjacent nanohole arrays are arranged in the radial direction. In this case, the magnetic recording medium is capable of high-density recording and high-speed recording without increasing the write current of the magnetic head, has a large capacity, has excellent overwrite characteristics, and has uniform characteristics. There is no problem of light etc. and it is extremely high quality.
前記ナノホールの配列の幅としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記ナノホール構造体がハードディスク等の前記磁気記録媒体に適当する場合、記録密度の増加にしたがってより狭くする必要がある。具体的には、250GB/in程度の記録密度で、前記配列の幅としては、例えば、50〜100nmが好ましく、1TB/inに対応する前記配列の幅としては、例えば、25〜50nmが好ましい。 The width of the nanohole array is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, when the nanohole structure is suitable for the magnetic recording medium such as a hard disk, the recording density is increased. Therefore, it is necessary to make it narrower. Specifically, at a recording density of about 250 GB / in, the width of the array is preferably 50 to 100 nm, for example, and the width of the array corresponding to 1 TB / in is preferably 25 to 50 nm, for example.
前記ナノホールの配列における前記ナノホールの配列パターンとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、隣接する前記配列における少なくとも一方が、前記ナノホールが概六方最密格子状に最密化して形成されたパターンであるのが好ましい。六方最密格子はアルミナナノホールにおいて最も安定なパターンであるため、意識的に導入したパターン変化以外のパターンの揺らぎを最低限に押さえることができる。 The arrangement pattern of the nanoholes in the arrangement of the nanoholes is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. However, at least one of the adjacent arrangements is most closely arranged in a hexagonal close-packed lattice shape. A dense pattern is preferable. Since the hexagonal close-packed lattice is the most stable pattern in alumina nanoholes, fluctuations in the pattern other than the intentionally introduced pattern change can be minimized.
前記ナノホールにおける開口径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記ナノホール構造体をハードディスク等の磁気記録媒体に適用する場合、その記録層となる強磁性層(硬磁性層)を単磁区とすることができる大きさが好ましく、具体的には、前記ナノホールのピッチの2/3以下が好ましく、1/3〜2/5がより好ましい。例えば前記ナノホールのピッチが30nmの場合には、20nm以下が好ましく、10〜12nmがより好ましい。
前記ナノホールにおける開口径が、ナノホールのピッチの2/3、例えばピッチが30nmのときに20nmを超えると、前記ナノホール構造体を適用した磁気記録媒体が単磁区構造にならないことがある。
The opening diameter in the nanohole is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. For example, when the nanohole structure is applied to a magnetic recording medium such as a hard disk, the ferromagnetic layer serving as the recording layer The layer (hard magnetic layer) is preferably large enough to have a single magnetic domain. Specifically, it is preferably 2/3 or less of the pitch of the nanoholes, more preferably 1/3 to 2/5. For example, when the pitch of the nanoholes is 30 nm, 20 nm or less is preferable, and 10 to 12 nm is more preferable.
If the aperture diameter in the nanohole exceeds 2/3 of the nanohole pitch, for example, 20 nm when the pitch is 30 nm, the magnetic recording medium to which the nanohole structure is applied may not have a single domain structure.
また、前記ナノホールのピッチは、陽極酸化処理における電圧によって適宜決定され、ほぼ陽極酸化電圧(V)の2.5倍(nm)となる。したがって、前記陽極酸化処理における電圧としては、特に制限はないが、例えば、3〜40Vが好ましく、3〜10Vがより好ましい。
前記電圧が、3〜40Vであると、前記記録媒体の高密度化を実現することができ、3〜10Vであると、前記ナノホールのピッチを、7〜25nmとすることができ、前記磁気記録媒体の更なる高密度化を図ることができる点で、特に有利である。
なお、前記陽極酸化処理における電解液の種類、濃度、温度、時間等としては、特に制限はなく、形成するナノホールの数、大きさ、アスペクト比等に応じて適宜選択することができる。例えば、前記電解液の種類としては、希釈リン酸溶液、希釈蓚酸溶液、希釈硫酸溶液等が好適に挙げられる。いずれの場合も、前記ナノホールのアスペクト比の調整は、陽極酸化処理後にリン酸溶液に浸漬させて前記ナノホール(アルミナポア)の直径を増加させることにより行うことができる。
The pitch of the nanoholes is appropriately determined depending on the voltage in the anodizing treatment, and is approximately 2.5 times (nm) of the anodizing voltage (V). Therefore, the voltage in the anodizing treatment is not particularly limited, but is preferably 3 to 40 V, and more preferably 3 to 10 V, for example.
When the voltage is 3 to 40 V, the recording medium can be densified. When the voltage is 3 to 10 V, the pitch of the nanoholes can be 7 to 25 nm. This is particularly advantageous in that the density of the medium can be further increased.
In addition, there is no restriction | limiting in particular as a kind, density | concentration, temperature, time, etc. of the electrolyte solution in the said anodizing process, According to the number of nanoholes to form, a magnitude | size, an aspect-ratio, etc., it can select suitably. For example, preferable examples of the electrolyte include a diluted phosphoric acid solution, a diluted oxalic acid solution, and a diluted sulfuric acid solution. In any case, the adjustment of the aspect ratio of the nanohole can be performed by increasing the diameter of the nanohole (alumina pore) by immersing in a phosphoric acid solution after the anodizing treatment.
前記絶縁層上に位置する領域に形成されたナノホール内に充填される金属としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、磁性材料、貴金属類、導電性透明酸化物、生体親和性が高い金属等が挙げられる。
前記磁性材料がナノホール内に充填される場合、該磁性材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、硬磁性材料、軟磁性材料等が挙げられる。ここで、前記ナノホールの内部に硬磁性材料と軟磁性材料を充填して多層構造とする場合、軟磁性層と硬磁性層とが前記基板側からこの順に積層されていてもよく、更に前記硬磁性層及び前記軟磁性層の間に非磁性層(中間層)が形成されていてもよい。
The metal filled in the nanoholes formed in the region located on the insulating layer is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, magnetic materials, noble metals, conductive transparent Examples thereof include oxides and metals having high biocompatibility.
When the magnetic material is filled in the nanohole, the magnetic material is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include a hard magnetic material and a soft magnetic material. Here, when the inside of the nanohole is filled with a hard magnetic material and a soft magnetic material to form a multilayer structure, a soft magnetic layer and a hard magnetic layer may be laminated in this order from the substrate side, and further, the hard hole A nonmagnetic layer (intermediate layer) may be formed between the magnetic layer and the soft magnetic layer.
垂直磁気記録媒体において、硬磁性層は記録層として機能し、軟磁性層と共に多層磁性層を構成する。
前記硬磁性層の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができるが、例えば、Fe、Co、Ni、FeCo、FeNi、CoNi、CoNiP、FePt、CoPt及びNiPtから選択される少なくとも1種等が好適に挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記硬磁性層は、前記材料により垂直磁化膜として形成されていれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、Ll0規則構造を有し、C軸が前記基板と垂直方向に配向しているもの、fcc構造あるいはbcc構造を有し、C軸が前記基板と垂直方向に配列しているもの、単に形状異方性により垂直磁化特性を得ているもの等が好適に挙げられる。
In the perpendicular magnetic recording medium, the hard magnetic layer functions as a recording layer and constitutes a multilayer magnetic layer together with the soft magnetic layer.
The material of the hard magnetic layer is not particularly limited and can be appropriately selected from known materials according to the purpose. For example, Fe, Co, Ni, FeCo, FeNi, CoNi, CoNiP, FePt, CoPt And at least one selected from NiPt is preferable. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
The hard magnetic layer, the not particularly limited as long as it is formed as a perpendicular magnetization film of a material, can be appropriately selected depending on the intended purpose, for example, a Ll 0 ordered structure, wherein the C-axis substrate Or those having an fcc structure or bcc structure and having the C-axis aligned in the direction perpendicular to the substrate, or simply obtaining perpendicular magnetization characteristics by shape anisotropy, etc. Preferably mentioned.
前記硬磁性層の厚みとしては、本発明の効果を害さない限り特に制限はなく、記録時に使用される線記録密度等に応じて適宜選択することができるが、例えば、(1)前記軟磁性層の厚み以下である態様、(2)記録時に使用される線記録密度で決まる最小ビット長の1/3倍〜3倍である態様、(3)前記軟磁性層及び前記下地層の厚みの合計以下である態様等が好ましく、例えば、通常5〜100nm程度が好ましく、5〜50nmがより好ましく、1Tb/in2をターゲットにした線記録密度1,500kBPIで磁気記録を行う場合には、50nm以下(20nm程度)であるのが好ましい。
なお、ここでの前記「硬磁性層」の厚みは、該硬磁性層が、積層構造、又は複数層に分割された構造(例えば、非磁性層等の中間層により分割され連続層になっていない構造)を有する場合には、各硬磁性層の厚みの合計を意味する。また、前記「軟磁性層」の厚みは、該軟磁性層が、積層構造、又は複数層に分割された構造(例えば、非磁性層等の中間層により分割され連続層になっていない構造)を有する場合には、各軟磁性層の厚みの合計を意味する。また、前記「軟磁性層及び下地層の厚みの合計」は、該軟磁性層及び該下地層の少なくともいずれかが、積層構造、又は複数層に分割された構造(例えば、非磁性層等の中間層により分割され連続層になっていない構造)を有する場合には、各軟磁性層及び下地層の厚みの合計を意味する。
The thickness of the hard magnetic layer is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired, and can be appropriately selected according to the linear recording density used at the time of recording. For example, (1) the soft magnetism An aspect that is equal to or less than the thickness of the layer, (2) an aspect that is 1/3 to 3 times the minimum bit length determined by the linear recording density used during recording, and (3) the thickness of the soft magnetic layer and the underlayer The aspect etc. which are below the total are preferable, for example, usually about 5 to 100 nm is preferable, 5 to 50 nm is more preferable, and when performing magnetic recording with a linear recording density of 1,500 kBPI targeting 1 Tb / in 2 , 50 nm The following is preferable (about 20 nm).
Here, the thickness of the “hard magnetic layer” is such that the hard magnetic layer is a laminated structure or a structure divided into a plurality of layers (for example, a continuous layer divided by an intermediate layer such as a nonmagnetic layer). In other words, the total thickness of each hard magnetic layer is meant. Further, the thickness of the “soft magnetic layer” is such that the soft magnetic layer is a laminated structure or a structure divided into a plurality of layers (for example, a structure that is not divided into an intermediate layer such as a nonmagnetic layer to form a continuous layer). Means the total thickness of each soft magnetic layer. In addition, the “total thickness of the soft magnetic layer and the underlayer” refers to a structure in which at least one of the soft magnetic layer and the underlayer is divided into a laminated structure or a plurality of layers (for example, a nonmagnetic layer or the like). In the case of having a structure that is divided by the intermediate layer and is not a continuous layer, it means the total thickness of each soft magnetic layer and the underlayer.
前記硬磁性層及び前記軟磁性層を有する磁気記録媒体の場合、磁気記録の際に使用する単磁極ヘッドと前記軟磁性層との間の距離を、前記ナノホールが形成された基材(多孔質層)の厚みよりも短く、該硬磁性層の厚みと略等しくすることができるため、前記ナノホールが形成された基材(多孔質層)の厚みに拘らず該硬磁性層の厚みだけで、前記単磁極ヘッドからの磁束の集中、使用される記録密度での最適な磁気記録再生特性等が制御可能となる。その結果、該磁気記録媒体においては、従来の磁気記録媒体に比し、書込み効率が大幅に向上し、書込み電流が小さくて済み、オーバーライト特性を著しく向上させることができる。
前記硬磁性層の形成は、特に制限はなく、公知の方法に従って行うことができるが、例えば、電気メッキ方法等により行うことができる。
具体的には、前記ナノホールが形成された基材(多孔質層)をメッキ液中に浸漬させた後、電極層を電極として電圧を印加させることにより、前記磁性体を析出ないし堆積させることにより、行うことができる。
In the case of a magnetic recording medium having the hard magnetic layer and the soft magnetic layer, the distance between the single magnetic pole head used for magnetic recording and the soft magnetic layer is set to the substrate (porous material) on which the nanoholes are formed. Layer) is shorter than the thickness of the hard magnetic layer and can be substantially equal to the thickness of the hard magnetic layer, so that only the thickness of the hard magnetic layer, regardless of the thickness of the substrate (porous layer) on which the nanoholes are formed, It is possible to control the concentration of magnetic flux from the single magnetic pole head, the optimum magnetic recording / reproducing characteristics at the recording density used, and the like. As a result, in the magnetic recording medium, compared with the conventional magnetic recording medium, the writing efficiency is greatly improved, the writing current is reduced, and the overwrite characteristic can be remarkably improved.
The formation of the hard magnetic layer is not particularly limited and can be performed according to a known method, for example, an electroplating method or the like.
Specifically, by immersing the base material (porous layer) on which the nanoholes are formed in a plating solution, and applying a voltage using the electrode layer as an electrode, the magnetic material is deposited or deposited. ,It can be carried out.
前記軟磁性層としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができるが、例えば、Ni、NiFe、FeSiAl、FeC、FeCoB、FeCoNiB及びCoZrNbから選択される少なくとも1種等が好適に挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 The soft magnetic layer is not particularly limited and can be appropriately selected from known materials according to the purpose. For example, at least one selected from Ni, NiFe, FeSiAl, FeC, FeCoB, FeCoNiB, and CoZrNb can be selected. A seed etc. are mentioned suitably. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
前記軟磁性層の厚みとしては、本発明の効果を害さない限り特に制限はなく、前記前記ナノホールが形成された基材(多孔質層)における前記ナノホールの深さ、前記硬磁性層の厚み等に応じて適宜選択することができるが、例えば、(1)前記硬磁性層の厚み超である態様、(2)前記下地層の厚みとの合計が前記硬磁性層の厚み超である態様等が挙げられる。 The thickness of the soft magnetic layer is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired, and the depth of the nanoholes in the substrate (porous layer) on which the nanoholes are formed, the thickness of the hard magnetic layer, and the like. For example, (1) an aspect in which the thickness of the hard magnetic layer exceeds the thickness, and (2) an aspect in which the sum of the thickness of the underlayer exceeds the thickness of the hard magnetic layer, etc. Is mentioned.
前記軟磁性層は、磁気記録に使用する磁気ヘッドからの磁束を効果的に前記硬磁性層に収束させることができ、該磁気ヘッドの磁界の垂直成分を大きくさせることができる点で有利である。また、前記軟磁性層は、下地層とともに前記磁気ヘッドと共に該磁気ヘッドから入力させる記録磁界の磁気回路を形成可能であるのが好ましい。
前記軟磁性層としては、前記基板面に略直交する方向に磁化容易軸を有しているのが好ましい。この場合、垂直磁気記録用ヘッドで記録を行うと、該垂直磁気記録用ヘッドからの磁束の集中、使用される記録密度での最適な磁気記録再生特性等が制御可能となり、磁束が前記硬磁性層に集中する結果、従来の磁気記録装置に比し、書込み効率が大幅に向上し、書込み電流が小さくて済み、オーバーライト特性が著しく向上する。
前記軟磁性層の形成は、特に制限はなく、公知の方法に従って行うことができるが、例えば、電気メッキ方法等により行うことができる。
具体的には、前記ナノホールが形成された基材(多孔質層)をメッキ液中に浸漬させた後、電極層を電極として電圧を印加させることにより、前記軟磁性体を析出ないし堆積させることにより、行うことができる。
The soft magnetic layer is advantageous in that the magnetic flux from the magnetic head used for magnetic recording can be effectively converged on the hard magnetic layer, and the perpendicular component of the magnetic field of the magnetic head can be increased. . The soft magnetic layer is preferably capable of forming a magnetic circuit of a recording magnetic field input from the magnetic head together with the magnetic head together with an underlayer.
The soft magnetic layer preferably has an easy magnetization axis in a direction substantially perpendicular to the substrate surface. In this case, when recording is performed with the perpendicular magnetic recording head, it is possible to control the concentration of magnetic flux from the perpendicular magnetic recording head, the optimum magnetic recording / reproducing characteristics at the recording density used, and the like. As a result of concentrating on the layers, the write efficiency is greatly improved, the write current is reduced, and the overwrite characteristics are remarkably improved as compared with the conventional magnetic recording apparatus.
The formation of the soft magnetic layer is not particularly limited and can be performed according to a known method. For example, the soft magnetic layer can be formed by an electroplating method or the like.
Specifically, the soft magnetic material is deposited or deposited by immersing the base material (porous layer) in which the nanoholes are formed in a plating solution and then applying a voltage using the electrode layer as an electrode. This can be done.
前記ナノホール構造体(多孔質層)における前記ナノホール中には、前記硬磁性層と前記軟磁性層との間に非磁性層(中間層)を有していてもよい。該非磁性層(中間層)が存在すると、前記硬磁性層と前記軟磁性層との間の交換結合力の作用を弱める結果、予想とは異なる磁気記録の再生特性となってしまう場合に、それを所望の再生特性に制御することができる。
前記非磁性層の材料としては、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができるが、例えば、Cu、Al、Cr、Pt、W、Nb、Ru、Ta及びTiから選択される少なくとも1種等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
The nanohole in the nanohole structure (porous layer) may have a nonmagnetic layer (intermediate layer) between the hard magnetic layer and the soft magnetic layer. If the non-magnetic layer (intermediate layer) is present, the effect of the exchange coupling force between the hard magnetic layer and the soft magnetic layer is weakened. Can be controlled to a desired reproduction characteristic.
The material of the nonmagnetic layer is not particularly limited and can be appropriately selected from known materials. For example, the material is selected from Cu, Al, Cr, Pt, W, Nb, Ru, Ta, and Ti. There are at least one kind. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
前記非磁性層の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記非磁性層の形成は、特に制限はなく、公知の方法に従って行うことができるが、例えば、電着(電着法)等により行うことができる。
There is no restriction | limiting in particular as thickness of the said nonmagnetic layer, According to the objective, it can select suitably.
The formation of the nonmagnetic layer is not particularly limited and can be performed according to a known method. For example, it can be performed by electrodeposition (electrodeposition method) or the like.
−その他の層−
前記その他の層としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、保護層、密着層、酸化停止層等が挙げられる。
-Other layers-
There is no restriction | limiting in particular as said other layer, Although it can select suitably according to the objective, For example, a protective layer, an adhesion layer, an oxidation stop layer, etc. are mentioned.
−−保護層−−
前記保護層は、前記硬磁性層を保護する機能を有する層であり、前記硬磁性層の表面乃至上方に設けられる。該保護層は、1層のみ設けられていてもよいし、2層以上設けられていてもよく、また、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。
前記保護層の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)等が挙げられる。
--Protective layer--
The protective layer is a layer having a function of protecting the hard magnetic layer, and is provided on the surface or above the hard magnetic layer. The protective layer may be provided in only one layer, may be provided in two or more layers, may have a single layer structure, or may have a laminated structure.
There is no restriction | limiting in particular as a material of the said protective layer, According to the objective, it can select suitably, For example, DLC (diamond-like carbon) etc. are mentioned.
前記保護層の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記保護層の形成は、特に制限はなく、目的に応じて公知の方法に従って行うことができるが、例えば、プラズマCVD法、塗布法等により行うことができる。
There is no restriction | limiting in particular as thickness of the said protective layer, According to the objective, it can select suitably.
The formation of the protective layer is not particularly limited, and can be performed according to a known method according to the purpose. For example, it can be performed by a plasma CVD method, a coating method, or the like.
−−密着層−−
前記密着層は、基板と電極層とを密着する機能、又は、電極層と絶縁層とを密着する機能を有する層である。前記密着層の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Ta、Nb、Ti、Mb等、陽極酸化浴中で安定な絶縁性酸化膜を形成する、いわゆるバルブメタルといわれる金属類を使用することができる。
前記密着層の形成は、特に制限はなく、スパッタ法などにより行うことができる。
-Adhesion layer-
The adhesion layer is a layer having a function of closely contacting the substrate and the electrode layer or a function of closely contacting the electrode layer and the insulating layer. The material of the adhesion layer is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, Ta, Nb, Ti, Mb, etc., an insulating oxide film that is stable in an anodizing bath is formed. Metals referred to as so-called valve metals can be used.
The formation of the adhesion layer is not particularly limited and can be performed by a sputtering method or the like.
−−酸化停止層−−
前記酸化停止層は、基材の酸化を停止する機能を有する層である。前記酸化停止層の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Ta、Nb、Ti、Mb等、陽極酸化浴中で安定な絶縁性酸化膜を形成する、いわゆるバルブメタルといわれる金属類を使用することができる。
前記酸化停止層の形成は、特に制限はなく、スパッタ法などにより行うことができる。
--- Oxidation stop layer--
The oxidation stop layer is a layer having a function of stopping the oxidation of the base material. There is no restriction | limiting in particular as a material of the said oxidation stop layer, According to the objective, it can select suitably, For example, stable insulating oxide films, such as Ta, Nb, Ti, Mb, are formed in an anodic oxidation bath A so-called valve metal can be used.
The formation of the oxidation stop layer is not particularly limited, and can be performed by a sputtering method or the like.
(ナノホール構造体の製造方法)
本発明のナノホール構造体の製造方法は、電極層形成工程と、絶縁層形成工程と、基材形成工程と、ナノホール形成工程と、金属充填工程とを少なくとも含み、更に必要に応じて適宜選択したその他の工程を含む。
(Manufacturing method of nanohole structure)
The method for producing a nanohole structure of the present invention includes at least an electrode layer forming step, an insulating layer forming step, a base material forming step, a nanohole forming step, and a metal filling step, and further appropriately selected as necessary. Including other processes.
−電極層形成工程−
前記電極層形成工程は、基板の上に電極層を形成する工程である。
前記基板及び前記電極層としては、上述したものが挙げられる。
前記電極層の形成は、公知の方法に従って行うことができるが、例えば、スパッタ法(スパッタリング)、蒸着法等により好適に行うことができる。該電極層の形成条件としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記電極層形成工程により形成された前記電極層は、電気メッキ法(電着)により、ナノホール内に金属を充填する際の電極として使用される。
-Electrode layer formation process-
The electrode layer forming step is a step of forming an electrode layer on the substrate.
Examples of the substrate and the electrode layer include those described above.
The electrode layer can be formed according to a known method, but can be suitably performed by, for example, a sputtering method (sputtering), a vapor deposition method, or the like. There is no restriction | limiting in particular as formation conditions of this electrode layer, According to the objective, it can select suitably.
The electrode layer formed in the electrode layer forming step is used as an electrode when a nanohole is filled with metal by electroplating (electrodeposition).
−絶縁層形成工程−
前記絶縁層形成工程は、前記電極層上の一部に絶縁層を形成する工程である。
前記絶縁層としては、上述したものが挙げられる。
前記絶縁層の形成は、プラズマCVD法等の公知の方法に従って行うことができる。該絶縁層の形成条件としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記絶縁層形成工程において、例えば、前記絶縁層を部分的に除去することにより、前記電極層上の一部に前記絶縁層を形成する。例えば、レジストを絶縁膜上に塗布し、モールドを用いて熱インプリント処理し、エッチングすることにより、絶縁層が部分的に除去されてパターンが形成される。さらに、前記熱インプリント処理の代わりに、光硬化性のレジストと透明石英性のモールドの組み合わせを用いて、光インプリント法によってパターンを形成してもよく、また、通常のフォトリソグラフィ工程を用いてパターンを形成してもよい。
-Insulating layer formation process-
The insulating layer forming step is a step of forming an insulating layer on a part of the electrode layer.
Examples of the insulating layer include those described above.
The insulating layer can be formed according to a known method such as a plasma CVD method. There is no restriction | limiting in particular as formation conditions of this insulating layer, According to the objective, it can select suitably.
In the insulating layer formation step, for example, the insulating layer is partially formed on the electrode layer by partially removing the insulating layer. For example, by applying a resist on the insulating film, performing a thermal imprint process using a mold, and etching, the insulating layer is partially removed to form a pattern. Further, instead of the thermal imprint process, a pattern may be formed by a photoimprint method using a combination of a photocurable resist and a transparent quartz mold, and a normal photolithography process is used. A pattern may be formed.
−基材形成工程−
前記基材形成工程は、前記電極層及び前記絶縁層を覆う基材を形成する工程である。前記基材形成工程において、例えば、前記電極層及び前記絶縁層上に金属層を積層し、該金属層を酸化することにより前記基材を形成する(図1A)。
前記基材としては、上述したものが挙げられる。
前記金属層の材料としては、ナノホールを形成可能な金属材料である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金属単体、その酸化物、窒化物等、合金等のいずれであってもよく、これらの中でも、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、及びそれらの酸化物等が好ましい。
-Base material formation process-
The base material forming step is a step of forming a base material that covers the electrode layer and the insulating layer. In the base material forming step, for example, a metal layer is laminated on the electrode layer and the insulating layer, and the base material is formed by oxidizing the metal layer (FIG. 1A).
Examples of the substrate include those described above.
The material of the metal layer is not particularly limited as long as it is a metal material capable of forming nanoholes, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, a simple metal, its oxide, nitride, alloy, etc. Of these, among these, for example, aluminum, aluminum alloys, and oxides thereof are preferable.
−ナノホール形成工程−
前記ナノホール形成工程は、前記基材にナノホールを形成する工程である。前記ナノホール形成工程において、例えば、陽極酸化により、該基材中に前記ナノホールを形成する(図1C、図2A、図3A)。
-Nanohole formation process-
The nanohole forming step is a step of forming nanoholes in the base material. In the nanohole forming step, the nanoholes are formed in the substrate by, for example, anodic oxidation (FIGS. 1C, 2A, and 3A).
前記ナノホールが形成された基材の形成は、特に制限はなく、公知の方法に従って行うことができ、例えば、スパッタ法、蒸着法等により金属材料の層(金属層)を形成した後で、陽極酸化処理により前記ナノホールを形成することにより行うことができる。多数のナノホールをほぼ等間隔で均等に配列形成することができる等の点で、アルミニウム等の陽極酸化処理が好ましい。 The formation of the substrate on which the nanoholes are formed is not particularly limited, and can be performed according to a known method. For example, after forming a metal material layer (metal layer) by sputtering, vapor deposition, or the like, the anode This can be done by forming the nanoholes by oxidation treatment. Anodization treatment of aluminum or the like is preferable in that a large number of nanoholes can be formed evenly at almost equal intervals.
なお、陽極酸化処理によって形成されるナノホールは、通常、ランダムに配置されるが、陽極酸化処理の前に、前記金属層上に前記ナノホールの規則配列を複数形成するためのパターン(所望の凹み)を予め形成しておくのが好ましい(図1B)。この場合、陽極酸化処理を行うと、前記パターン上にのみ、効率的に前記ナノホールを形成することができる点で有利である。 Note that nanoholes formed by anodizing treatment are usually randomly arranged, but a pattern for forming a plurality of regular arrays of nanoholes on the metal layer (desired depressions) before the anodizing treatment. Is preferably formed in advance (FIG. 1B). In this case, the anodizing treatment is advantageous in that the nanoholes can be efficiently formed only on the pattern.
前記パターンの形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、(1)パターン状(例えば六方最密格子状)に配列してなる円形状の凸部の複数の規則配列(ナノホール構造体を磁気ディスク等に適用する場合には、該凸部の規則配列が同心円状又は螺旋状に配列)が形成されたパターンを表面形状として有するスタンパを、前記金属層(例えば、アルミナ、アルミニウム等)の表面にインプリント転写し、六方最密格子状に円が複数規則配列したパターンを形成する方法、(2)前記金属層上に樹脂層やフォトレジスト層を形成した後、通常のフォト工程やスタンパを用いたインプリント法により、これらをパターニングし、エッチング処理等することにより、前記金属層の表面に、パターン状(例えば六方最密格子状)に配列してなる凹部の複数の規則配列が形成されたパターンを形成する方法等が好適に挙げられる。 The method for forming the pattern is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, (1) circular convex portions arranged in a pattern (for example, a hexagonal close-packed lattice) A stamper having, as a surface shape, a pattern in which a plurality of regular arrays (when the nanohole structure is applied to a magnetic disk or the like, the regular array of convex portions is concentrically or spirally arranged) is formed. Imprint transfer onto the surface of a layer (for example, alumina, aluminum, etc.) and form a pattern in which a plurality of circles are regularly arranged in a hexagonal close-packed lattice, (2) a resin layer or a photoresist layer on the metal layer After the formation, patterning is performed on the surface of the metal layer by patterning these by an ordinary photo process or an imprint method using a stamper, and performing an etching process or the like ( A method in which a plurality of regularly arranged in example, if formed by arranging in a hexagonal close-packed lattice pattern) recess to form the formed pattern is preferably exemplified.
前記スタンパとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、半導体分野で微細構造作製用材料として最も広範囲に使用されているという観点からは、シリコンやシリコン酸化膜、これらの組み合わせ等が挙げられ、連続使用耐久性の観点からは、炭化珪素基板等が挙げられ、また、光ディスクの成型等に使用されているNiスタンパ等も挙げられる。該スタンパは、複数回使用することができる。前記インプリント転写の方法としては、特に制限はなく、公知の方法の中から目的に応じて適宜選択することができる。また、前記フォトレジスト層のレジスト材料には、光レジスト材料のほか、電子線レジスト材料等も含まれる。前記光レジスト材料としては、特に制限はなく、半導体分野等において公知の材料の中から適宜選択することができ、例えば、近紫外光、近視野光等を利用可能な材料等が挙げられる。 The stamper is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. From the viewpoint that it is most widely used as a material for producing a fine structure in the semiconductor field, silicon, a silicon oxide film, and the like. From the viewpoint of continuous use durability, a silicon carbide substrate and the like, and a Ni stamper used for molding an optical disk and the like are also included. The stamper can be used multiple times. There is no restriction | limiting in particular as the method of the said imprint transfer, According to the objective, it can select suitably from well-known methods. The resist material for the photoresist layer includes an electron beam resist material and the like in addition to the photoresist material. There is no restriction | limiting in particular as said photoresist material, It can select suitably from well-known materials in the semiconductor field | area etc., For example, the material etc. which can utilize near-ultraviolet light, near-field light, etc. are mentioned.
−金属充填工程−
前記金属充填工程は、前記電極層上に位置する領域に形成されたナノホール内に電気メッキ法にて金属を充填する工程である(図1D、図2B、図3B)。
前記基材としては、上述したものが挙げられる。
前記ナノホールが形成された基材(多孔質層)をメッキ液中に浸漬させた後、電極層を電極として電圧を印加させることにより、前記金属を析出ないし堆積させることにより、行うことができる。
-Metal filling process-
The metal filling step is a step of filling a metal into a nanohole formed in a region located on the electrode layer by electroplating (FIGS. 1D, 2B, and 3B).
Examples of the substrate include those described above.
After the substrate (porous layer) on which the nanoholes are formed is immersed in a plating solution, a voltage is applied using the electrode layer as an electrode, thereby depositing or depositing the metal.
−その他の工程−
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、絶縁性物質充填工程、下地層形成工程、研磨工程(表面処理工程)、等が挙げられる。
-Other processes-
There is no restriction | limiting in particular as said other process, According to the objective, it can select suitably, For example, an insulating substance filling process, a base layer formation process, a grinding | polishing process (surface treatment process), etc. are mentioned.
−−絶縁性物質充填工程−−
絶縁性物質充填工程は、必要に応じて選択され、前記絶縁層上に位置する領域に形成されたナノホール内に絶縁性物質を充填する工程である。
絶縁性物質としては、例えば、光硬化性樹脂等が挙げられる。金属充填処理後に、基体を乾燥し、シランカップリング剤の蒸気処理等により疎水化処理を行う。低粘度の光硬化性樹脂を塗布した後、紫外線処理を行って硬化させる。アッシング、研磨等によって余剰の樹脂を除去すれば、前記絶縁膜上に形成されたナノホールにのみ絶縁体を充填できる。
--Insulating material filling process--
The insulating material filling step is a step of filling the insulating material into the nanoholes selected in accordance with the necessity and formed in the region located on the insulating layer.
Examples of the insulating material include a photocurable resin. After the metal filling process, the substrate is dried and subjected to a hydrophobizing process such as by a steam process of a silane coupling agent. After applying a low-viscosity photocurable resin, it is cured by ultraviolet treatment. If the excess resin is removed by ashing, polishing or the like, only the nanoholes formed on the insulating film can be filled with the insulator.
−−下地層形成工程−−
前記下地層形成工程は、必要に応じて選択され、基板上に下地層を形成する工程である。
前記基板としては、上述したものが挙げられる。
前記下地層の形成は、公知の方法に従って行うことができるが、例えば、スパッタ法(スパッタリング)、蒸着法等の真空成膜法、電着(電着法)等で形成してもよいし、あるいは無電解メッキで形成してもよい。
前記下地層形成工程により、前記基板上に所望の厚みの前記下地層が形成される。
--- Underlayer formation process--
The base layer forming step is a step of selecting a base layer as necessary and forming a base layer on the substrate.
Examples of the substrate include those described above.
The underlayer can be formed according to a known method. For example, the underlayer may be formed by a sputtering method (sputtering), a vacuum film-forming method such as a vapor deposition method, or electrodeposition (electrodeposition method). Alternatively, it may be formed by electroless plating.
The foundation layer having a desired thickness is formed on the substrate by the foundation layer forming step.
−−研磨工程(平坦化処理工程)−−
前記研磨工程は、前記金属充填工程の後、前記ナノホール構造体(多孔質層)の表面を研磨し、平坦化する工程である。
前記研磨工程における研磨の方法としては、特に制限はなく、公知の方法に従って行うことができ、例えば、CMP処理等が挙げられる。該研磨工程により、前記磁気記録媒体の表面が平滑化されると、垂直磁気記録ヘッド等の磁気ヘッドの安定浮上が可能となり、低浮上化による高密度記録と信頼性確保の双方を達成することができる点で有利である。
-Polishing process (flattening process)-
The polishing step is a step of polishing and planarizing the surface of the nanohole structure (porous layer) after the metal filling step.
There is no restriction | limiting in particular as the grinding | polishing method in the said grinding | polishing process, It can carry out according to a well-known method, For example, CMP process etc. are mentioned. When the surface of the magnetic recording medium is smoothed by the polishing step, a magnetic head such as a perpendicular magnetic recording head can be stably levitated, and both high density recording and low reliability can be achieved by low levitating. This is advantageous in that
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
−ナノホール構造体の作製−
実施例1では、Si基板上にパターニングした金属・アルミナ複合媒体を作製した場合を示す。
まず、導電性基体(基板及び電極層)としてn++のSi基板を用い、該Si基板の上に、密着層兼酸化停止層として、膜厚50nmのTa膜をスパッタ法により作製した。
Example 1
-Fabrication of nanohole structures-
Example 1 shows a case where a metal / alumina composite medium patterned on a Si substrate is produced.
First, an n ++ Si substrate was used as a conductive substrate (substrate and electrode layer), and a Ta film having a thickness of 50 nm was formed on the Si substrate as an adhesion layer / oxidation stop layer by a sputtering method.
次に、前記Ta膜の上に、テトラエトキシシラン(TEOS)を原料とし、プラズマCVD法により基板温度300℃で膜厚20nmのSiO2膜(絶縁層)を製膜した。なお、SiO2膜の製膜条件は、基板温度300℃、圧力1Torr、キャリアガスAr流量50sccm、酸素流量50sccm、印加電力200W、製膜時間60秒であった。 Next, a 20 nm-thick SiO 2 film (insulating layer) was formed on the Ta film by plasma CVD using tetraethoxysilane (TEOS) as a raw material at a substrate temperature of 300 ° C. The deposition conditions for the SiO 2 film were a substrate temperature of 300 ° C., a pressure of 1 Torr, a carrier gas Ar flow rate of 50 sccm, an oxygen flow rate of 50 sccm, an applied power of 200 W, and a deposition time of 60 seconds.
次に、スピンコート法(1,500回転、30秒)によって、ポリメチルメタクリレート(PMMA)レジストを50nm塗布し、熱インプリント法によりPMMAレジストのパターン転写を以下のように行った。
まず、温度90℃、30分のプリベークにより、PMMAレジストにおける溶媒を除去した後、基板温度125℃、圧力50kgf/cm2、保持時間10秒の条件で、Ni製モールドを押し付けて熱インプリント処理を行った。なお、Ni製モールドには、高さ50nmの反転パターンが形成されている。その後、PMMAのガラス転移点以下の温度まで冷却した後、モールドを基板から剥離した。さらに、モールド凹部に残った残渣を除去するため、O2圧力0.4Torr、印加電力100Wの条件で1分間の酸素プラズマアッシングを行った。
Next, a polymethyl methacrylate (PMMA) resist was applied to a thickness of 50 nm by a spin coating method (1,500 rotations, 30 seconds), and pattern transfer of the PMMA resist was performed by a thermal imprint method as follows.
First, after removing the solvent in the PMMA resist by pre-baking at a temperature of 90 ° C. for 30 minutes, the Ni mold was pressed under the conditions of a substrate temperature of 125 ° C., a pressure of 50 kgf / cm 2 , and a holding time of 10 seconds to perform a thermal imprint process. Went. Note that an inversion pattern having a height of 50 nm is formed on the Ni mold. Then, after cooling to the temperature below the glass transition point of PMMA, the mold was peeled from the substrate. Furthermore, in order to remove the residue remaining in the mold recess, oxygen plasma ashing was performed for 1 minute under the conditions of an O 2 pressure of 0.4 Torr and an applied power of 100 W.
次に、基板をRIE装置中に移し、CF4をプロセスガスとしたRIE法により、SiO2膜のエッチングを行った。エッチング条件は、CF4 10sccm、H2 20sccm、印加電力50W、圧力0.1Torr、30秒とした。なお、エッチングはオーバーエッチ気味に行い、SiO2膜製膜時にTa膜の表面にできた過剰な酸化膜も同時に除去した。 Next, the substrate was moved into an RIE apparatus, and the SiO 2 film was etched by the RIE method using CF 4 as a process gas. The etching conditions were CF 4 10 sccm, H 2 20 sccm, applied power 50 W, pressure 0.1 Torr, and 30 seconds. Etching was performed in an over-etched manner, and an excessive oxide film formed on the surface of the Ta film was removed at the same time as the SiO 2 film was formed.
次に、酸素アッシングにより、PMMAレジストを除去した。これにより、SiO2膜(絶縁層)のパターンが形成された。 Next, the PMMA resist was removed by oxygen ashing. Thereby, the pattern of the SiO 2 film (insulating layer) was formed.
次に、スパッタ法を用いて、膜厚300nmのAl膜(基材)を製膜し、表面の凹凸を低減するため平坦化処理(CMP処理)を行った。 Next, an Al film (base material) having a film thickness of 300 nm was formed using a sputtering method, and a planarization process (CMP process) was performed in order to reduce surface irregularities.
次に、PMMAをレジストとする熱インプリント処理を行い、さらに、O2ドライエッチング、CCl4によるドライエッチングを行うこと(テクスチャリング処理)によって、Al膜上に深さ10nmの60nmピッチ三角格子パターンを転写した。 Next, a thermal imprint process using PMMA as a resist is performed, and further, O 2 dry etching and dry etching with CCl 4 (texturing process) are performed, whereby a 60 nm pitch triangular lattice pattern having a depth of 10 nm is formed on the Al film. Was transcribed.
次に、0.3M硫酸浴を用いて、酸化電圧25VにてAl膜の陽極酸化を行った。これは、60nmピッチ三角格子パターンに対応した陽極酸化条件である。 Next, an anodization of the Al film was performed using an 0.3M sulfuric acid bath at an oxidation voltage of 25V. This is an anodic oxidation condition corresponding to a 60 nm pitch triangular lattice pattern.
次に、硫酸Niが30g/Lの濃度で含まれ、ホウ酸が30g/Lの濃度で含まれた水溶液のNiメッキ浴を用いてアルミナナノホール内部へのNiの充填を行った。交流50Hz、15V AC、5分間の定電圧交流メッキにより金属がナノホール内部にメッキされ、過剰なNiがナノホール開口部からあふれた。 Next, Ni was filled into the alumina nanoholes using an Ni plating bath of an aqueous solution containing Ni sulfate at a concentration of 30 g / L and boric acid at a concentration of 30 g / L. Metal was plated inside the nanohole by AC 50 Hz, 15 V AC, constant voltage AC plating for 5 minutes, and excess Ni overflowed from the nanohole opening.
斜め方向からのArイオンミリングにより、あふれたNiをアルミナ表面まで平坦化して表面を観察した。その結果、埋め込み絶縁層に対応する部分には金属が充填されておらず、金属の充填部と非充填部を任意に作製することができた。 The overflowed Ni was flattened to the alumina surface by Ar ion milling from an oblique direction, and the surface was observed. As a result, the portion corresponding to the buried insulating layer was not filled with metal, and a metal filled portion and a non-filled portion could be produced arbitrarily.
実施例1では、前記密着層兼酸化停止層としてTaを用いたが、これに限定されるものではなく、Taの他にNb、Ti、Mb等、陽極酸化浴中で安定な絶縁性酸化膜を形成するいわゆるバルブメタルといわれる金属類を使用することができる。 In Example 1, Ta was used as the adhesion layer / oxidation stop layer. However, the present invention is not limited to this. In addition to Ta, Nb, Ti, Mb, etc., an insulating oxide film that is stable in an anodizing bath. Metals called so-called valve metals can be used.
また、実施例1では、導電性基体(基板及び電極層)としてn++のSi基板を用いたが、これに限定されるものではなく、その他の導電性基体を用いてもよく、また、ガラス、サファイア、プラスチック等の絶縁体基体の上、且つ、密着層兼酸化停止層の下に十分に厚い導電性の電極層を形成してもよい。 In Example 1, an n ++ Si substrate was used as the conductive substrate (substrate and electrode layer). However, the present invention is not limited to this, and other conductive substrates may be used. A sufficiently thick conductive electrode layer may be formed on an insulating substrate such as sapphire or plastic and below the adhesion layer / oxidation stop layer.
また、実施例1では、アルミナナノホールの配列性及び垂直性の向上を図るために、陽極酸化前のAl膜の平坦化処理及びテクスチャー処理を行ったが、これに限定されるものではなく、パターンサイズがAl膜厚やナノホールのピッチに対して十分に大きく、ナノホールの配列および垂直性の乱れを無視してもよい場合には、これらの工程を省略することもできる。 In Example 1, in order to improve the alignment and verticality of the alumina nanoholes, the Al film before the anodic oxidation was planarized and textured, but the present invention is not limited to this. If the size is sufficiently large with respect to the Al film thickness or the pitch of the nanoholes, and the nanohole arrangement and the vertical disorder may be ignored, these steps can be omitted.
また、実施例1では、埋めこみ絶縁層として、プラズマCVD法で製膜したSiO2膜を用いたが、これに限定されるものではなく、蒸着やスパッタ法で製膜した、SiON、SiO、SiOX、CeO2、アルミナ等の絶縁性酸化物、窒化物を用いることもでき、さらに、レジストそのものを絶縁層として用いることもできる。 In Example 1, a SiO 2 film formed by the plasma CVD method was used as the buried insulating layer. However, the present invention is not limited to this, and SiON, SiO, SiO formed by vapor deposition or sputtering is used. Insulating oxides and nitrides such as X 2 , CeO 2 and alumina can also be used, and the resist itself can also be used as an insulating layer.
以下に、レジストそのものを絶縁層として用いる場合の例を示す。
まず、導電体膜付きの基板又は導電体基板上に、スピンコート法によってガラス転移点105℃のPMMA膜を膜厚50nmとなるように塗布した。スピンコートは、回転数1,500回転、時間30秒で行った。温度90℃、30分のプリベークにより、溶媒を除去した後、基板温度125℃、圧力50kgf/cm2、保持時間10秒の条件で、Ni製モールドを押し付けて熱インプリント処理を行った。このとき、Ni製モールドには高さ50nmの反転パターンが形成されている。
PMMAのガラス転位点以下の温度まで冷却したのち、モールドを基板から剥離した。モールド凹部に残った残渣を除去するため、O2圧力0.4Torr、印可電力100Wの条件で1分間の酸素プラズマアッシングを行った。これにより、導電体膜付きの基板又は導電体基板上に、絶縁体PMMAによるパターンが形成された。
An example in which the resist itself is used as an insulating layer will be shown below.
First, a PMMA film having a glass transition point of 105 ° C. was applied to a film thickness of 50 nm on a substrate with a conductor film or a conductor substrate by spin coating. The spin coating was performed at a rotation speed of 1,500 rotations and a time of 30 seconds. After removing the solvent by pre-baking at a temperature of 90 ° C. for 30 minutes, a Ni-made mold was pressed to perform a thermal imprint process under the conditions of a substrate temperature of 125 ° C., a pressure of 50 kgf / cm 2 , and a holding time of 10 seconds. At this time, an inverted pattern having a height of 50 nm is formed on the Ni mold.
After cooling to a temperature below the glass transition point of PMMA, the mold was peeled from the substrate. In order to remove the residue remaining in the mold recess, oxygen plasma ashing was performed for 1 minute under conditions of an O 2 pressure of 0.4 Torr and an applied power of 100 W. Thereby, the pattern by insulator PMMA was formed on the board | substrate with a conductor film, or a conductor board | substrate.
また、実施例1では、Niメッキ浴を用いてアルミナナノホール内部へのNiの充填を行ったが、これに限定されるものではなく、メッキ浴を変更することでNi以外にも、Co、Pd、Cu、Au等様々な金属を充填することができる。 In Example 1, Ni inside the alumina nanohole was filled using a Ni plating bath. However, the present invention is not limited to this, and Co, Pd can be used in addition to Ni by changing the plating bath. Various metals such as Cu, Au and the like can be filled.
実施例1では、PMMAレジストを用いて熱インプリント法にてパターンを形成したが、これに限定されるものではなく、光硬化性のレジストと透明石英性のモールドの組み合わせを用いることにより、光インプリント法によってパターンを形成してもよい。また、パターンのサイズによっては通常のフォトリソグラフィ工程を用いてパターンを形成してもよい。 In Example 1, a pattern was formed by a thermal imprint method using a PMMA resist, but this is not a limitation. By using a combination of a photo-curable resist and a transparent quartz mold, A pattern may be formed by an imprint method. Further, depending on the size of the pattern, the pattern may be formed using a normal photolithography process.
(実施例2)
実施例2では、アルミナナノホールパターンドメディア用のサーボパターンを形成した例を示す。
(Example 2)
Example 2 shows an example in which a servo pattern for alumina nanohole patterned media is formed.
まず、ハードディスクドライブ用の2.5型の結晶化ガラス基板上に、スパッタリング法を用いて密着層として膜厚50nmのTa膜、下地軟磁性層(電極層)として膜厚50nmのパーマロイ膜、酸化停止層として5nmのTa膜、絶縁層として膜厚10nmのSiOx膜を基板側からこの順で製膜した。 First, on a 2.5-type crystallized glass substrate for a hard disk drive, a Ta film with a thickness of 50 nm as an adhesion layer and a permalloy film with a thickness of 50 nm as an underlayer soft magnetic layer (electrode layer) by sputtering are used. A 5 nm Ta film as a stop layer and a 10 nm thick SiOx film as an insulating layer were formed in this order from the substrate side.
次に、ナノインプリントとCF4を用いたドライエッチングを用いてSiOx膜にサーボパターンをパターニングした。このサーボパターンでは20nmピッチ四角格子の2ドットを1ビットとして使用するため、40nmピッチのL/Sを基本としてパターンを形成している。 Next, a servo pattern was patterned on the SiOx film using nanoimprint and dry etching using CF 4 . Since this servo pattern uses 2 dots of a 20 nm pitch square lattice as one bit, the pattern is formed on the basis of L / S of 40 nm pitch.
さらに、スパッタ法を用いて、膜厚70nmのAl膜を形成した。表面をCMP処理にて平坦化した後、PMMAをレジストとする熱インプリント処理を行い、O2ドライエッチング、CCl4によるドライエッチングを行うことによって、Al膜上に深さ3nm以下の20nmピッチ四角格子パターンのテキスチャリング処理を行った。四角格子パターンは基板中心を中心とする円周上に配置されている。硫酸0.3M浴を用いて電圧7Vにて陽極酸化を行った。これにより、20nmピッチの円周上配置四角格子配列でアルミナナノホールを形成した。 Further, an Al film having a film thickness of 70 nm was formed by sputtering. After the surface is flattened by CMP processing, thermal imprint processing using PMMA as a resist is performed, and O 2 dry etching and dry etching with CCl 4 are performed, whereby a 20 nm pitch square having a depth of 3 nm or less is formed on the Al film. The lattice pattern was subjected to texturing. The square lattice pattern is arranged on a circumference centering on the center of the substrate. Anodization was performed at a voltage of 7 V using a 0.3 M sulfuric acid bath. As a result, alumina nanoholes were formed in a square lattice arrangement on the circumference with a pitch of 20 nm.
次に、硫酸Coが50g/Lの濃度で含まれ、ホウ酸が20g/Lの濃度で含まれた水溶液のCoメッキ浴を用いて、アルミナナノホール内部への磁性体Coの充填を行った。交流50Hz、6V AC、10分間の定電圧交流メッキにてアルミナナノホール内部に金属がメッキされ、過剰なCoがナノホール開口部からあふれた。 Next, using a Co plating bath of an aqueous solution containing Co sulfate at a concentration of 50 g / L and boric acid at a concentration of 20 g / L, the magnetic material Co was filled into the alumina nanoholes. Metal was plated inside the alumina nanohole by AC 50 Hz, 6 V AC, constant voltage AC plating for 10 minutes, and excess Co overflowed from the nanohole opening.
次に、CMP処理により、過剰なCoを除去し、さらに、スパッタ法にて膜厚5nmのDLC保護膜、ディップ法にてふっ素系潤滑剤を塗布することによりディスク化した。絶縁膜を埋めこんだ部分には、磁性体は充填されておらず、サーボパターン付きのナノホールパターンドメディアが実現された(図4)。 Next, excess Co was removed by CMP treatment, and a DLC protective film having a film thickness of 5 nm was applied by sputtering, and a fluorine-based lubricant was applied by dipping. The portion embedded with the insulating film was not filled with magnetic material, and nanohole patterned media with a servo pattern was realized (FIG. 4).
実施例2では、磁性体として、Co単体を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、Co単体以外に、Fe単体、FePt、CoPt系といった合金系磁性体、FeNi/Coといった軟磁性/硬磁性スタック構造を用いることができる。また、Al表面へのテキスチャリング処理を省略して、ランダム配列によるアルミナナノホール媒体を作製することもできる。 In Example 2, Co was used as the magnetic material, but the present invention is not limited to this. For example, in addition to the Co material, Fe-based materials, FePt, CoPt-based alloy-based magnetic materials, and FeNi / Co-based soft materials are used. A magnetic / hard magnetic stack structure can be used. Further, an alumina nanohole medium having a random arrangement can be produced by omitting the texturing process on the Al surface.
(実施例3)
実施例3では、フォトニック結晶の屈折率変調に応用した例を示す。
(Example 3)
Example 3 shows an example applied to refractive index modulation of a photonic crystal.
まず、平坦なガラス基板上に、スパッタリング法を用いて下地電極兼酸化停止膜として膜厚50nmのNb膜を製膜し、Nb膜の上に、絶縁層としてプラズマCVD法を用いて膜厚10nmのSiO2膜を製膜した。通常のフォトリソグラフとドライエッチングを用いて、導波路パターンとなる幅200nm、長さ2,400nmのラインパターンとそれに隣接する光放出穴となる直径200nmの円形パターンを形成した。 First, an Nb film having a film thickness of 50 nm is formed on a flat glass substrate as a base electrode and an oxidation stop film using a sputtering method, and a film thickness of 10 nm is formed on the Nb film using a plasma CVD method as an insulating layer. A SiO 2 film was formed. Using a normal photolithography and dry etching, a line pattern having a width of 200 nm and a length of 2,400 nm serving as a waveguide pattern and a circular pattern having a diameter of 200 nm serving as a light emission hole adjacent thereto were formed.
次に、スパッタ法により膜厚300nmのAl膜を形成し、表面平坦化のためCMP処理を行った。通常のフォトリソグラフ法によるパターニングとドライエッチングを用いて、Al膜表面にピッチ200nm、深さ10nmの三角格子パターンのテキスチャリング処理を行った。シュウ酸0.3M浴を用いて電圧80Vで陽極酸化を行い、200nmピッチのアルミナナノホールを作製した。 Next, an Al film having a thickness of 300 nm was formed by a sputtering method, and a CMP process was performed to planarize the surface. The patterning by the normal photolithographic method and dry etching were used to perform a texturing process of a triangular lattice pattern with a pitch of 200 nm and a depth of 10 nm on the surface of the Al film. Anodization was performed at a voltage of 80 V using an oxalic acid 0.3 M bath to produce alumina nanoholes with a pitch of 200 nm.
次に、硫酸Niが30g/Lの濃度で含まれ、ホウ酸が30g/Lの濃度で含まれた水溶液のNiメッキ浴を用いてアルミナナノホール内部へのNiの充填を行った。交流50Hz、25V AC、15分間のメッキ処理によりアルミナナノホール内部にNiが充填され表面にあふれた。CMP処理により溢れたNiを除去したところ、埋めこみ絶縁層がある部分には充填されず、ナノホールのまま残すことができた(図5)。 Next, Ni was filled into the alumina nanoholes using an Ni plating bath of an aqueous solution containing Ni sulfate at a concentration of 30 g / L and boric acid at a concentration of 30 g / L. Ni was filled into the alumina nanoholes by the plating process of AC 50 Hz, 25 V AC and 15 minutes, and overflowed on the surface. When the overflowing Ni was removed by the CMP process, the portion with the buried insulating layer was not filled and could remain as nanoholes (FIG. 5).
作製したサンプルに光を導入したところ、周期的な屈折率変調から外れた非充填部のみに閉じ込められた光が、放出穴から取り出されることが検出されフォトニック結晶として動作することが確認された。 When light was introduced into the fabricated sample, it was detected that the light confined only in the unfilled part that deviated from the periodic refractive index modulation was extracted from the emission hole, and it was confirmed that it operates as a photonic crystal. .
実施例3では、充填部をフォトニック結晶本体、非充填部を導波路となる欠陥として定義したが、逆の配置でもよい。 In the third embodiment, the filling portion is defined as a photonic crystal main body, and the non-filling portion is defined as a waveguide defect. However, the arrangement may be reversed.
また、実施例3では、充填する金属としてNiを用いたが、これに限定されるものではなく、Au、Ptといった貴金属類や、TiOx、SnOx、InOxといった導電性透明酸化物等、アルミナの誘電率と差があり、メッキにより充填できるものであれば何を用いてもよい。 Further, in Example 3, Ni was used as the metal to be filled, but the present invention is not limited to this, and the dielectric of alumina such as noble metals such as Au and Pt, conductive transparent oxides such as TiOx, SnOx, and InOx, etc. Any material may be used as long as it has a difference from the rate and can be filled by plating.
(実施例4)
実施例4では、バイオチップの作製に応用した例を示す。
まず、平坦なガラス基板上に、スパッタリング法を用いて下地電極兼酸化停止膜として膜厚50nmのNb膜を製膜し、Nb膜の上に、絶縁層としてプラズマCVD法を用いて膜厚10nmのSiO2膜を製膜した。通常のフォトリソグラフ法とドライエッチング法の組み合わせにより、SiO2膜にバイオチップ用のパターンを形成した。パターンには用途によって様々な形状が考えられるが、ここでは一例として1cm四角のパターニング領域内に2μmピッチの正方形の市松模様(図6B)をパターニングしている。
Example 4
Example 4 shows an example applied to the production of a biochip.
First, an Nb film having a film thickness of 50 nm is formed on a flat glass substrate as a base electrode and an oxidation stop film using a sputtering method, and a film thickness of 10 nm is formed on the Nb film using a plasma CVD method as an insulating layer. A SiO 2 film was formed. A pattern for biochip was formed on the SiO 2 film by a combination of a normal photolithography method and a dry etching method. Although various shapes can be considered for the pattern, here, as an example, a square checkered pattern (FIG. 6B) having a pitch of 2 μm is patterned in a 1 cm square patterning region.
次に、スパッタリングにより、膜厚100nmのAl膜を製膜した後、通常のフォトリソグラフ法とドライエッチング法により、300nmピッチの三角格子パターンのテキスチャリング処理を行った。 Next, after an Al film having a thickness of 100 nm was formed by sputtering, a triangular lattice pattern with a 300 nm pitch was subjected to texturing by a normal photolithography method and a dry etching method.
次に、リン酸0.3M浴を用いて電圧120Vで陽極酸化処理を行い、300nmピッチのアルミナナノホール膜を得た。 Next, anodization was performed at a voltage of 120 V using a phosphoric acid 0.3 M bath to obtain an alumina nanohole film having a pitch of 300 nm.
次に、シアン化金カリウムが1g/Lの濃度で含まれ、シアン化カリウムが70g/Lの濃度で含まれ、リン酸水素二カリウムが10g/Lの濃度で含まれたアルカリ性金メッキ浴を用いてアルミナナノホール内部へのAuの充填を行った。交流50Hz、30V AC、5分間のメッキ処理によりアルミナナノホール内部に充填され表面にあふれた。 Next, using an alkaline gold plating bath containing potassium gold cyanide at a concentration of 1 g / L, potassium cyanide at a concentration of 70 g / L, and dipotassium hydrogen phosphate at a concentration of 10 g / L, alumina is used. The inside of the nanohole was filled with Au. The inside of the alumina nanohole was filled by the plating process of AC 50 Hz, 30 V AC and 5 minutes, and overflowed the surface.
CMP法によりあふれたAuを除去し、Auの微細パターンで形成されたバイオチップを得た(図6A、図6B及び図6C)。 The overflowing Au was removed by the CMP method to obtain a biochip formed with a fine Au pattern (FIGS. 6A, 6B, and 6C).
実施例4では、充填する金属としてAuを用いたが、これに限定されるものではなく、ナノホールに充填する金属として、Pt、TiOxのような生体親和性が高く電気メッキが可能な金属(導電性物質)であれば何を用いてもよい。 In Example 4, Au was used as a metal to be filled, but the present invention is not limited to this. As a metal to be filled in a nanohole, a metal (such as Pt or TiOx) having high biocompatibility and capable of electroplating (conductive). As long as it is a sexual substance).
また、実施例4では、最下部からAuの充填を行ったが、これに限定されるものではなく、例えば、下層がNi、表層がAuの2層構造としてAuの使用量を減らし、コストを低減してもよい。また、この場合、下地金属を触媒として利用することにより、表層金属を電気メッキでは無く無電解メッキで形成することもできる。 In Example 4, Au was filled from the bottom. However, the present invention is not limited to this. For example, the lower layer is made of Ni and the surface layer is made of Au. It may be reduced. In this case, the surface metal can be formed by electroless plating instead of electroplating by using the base metal as a catalyst.
本発明の好ましい態様を付記すると、以下の通りである。
(付記1)基板の上に電極層を形成する電極層形成工程と、前記電極層上の一部に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記電極層及び前記絶縁層を覆う基材を形成する基材形成工程と、前記基材にナノホールを形成するナノホール形成工程と、前記電極層上に位置する領域に形成されたナノホール内に電気メッキ法にて金属を充填する金属充填工程とを含むことを特徴とするナノホール構造体の製造方法。
(付記2)前記絶縁層形成工程において、前記絶縁層を部分的に除去することにより、前記電極層上の一部に前記絶縁層を形成する付記1に記載のナノホール構造体の製造方法。
(付記3)前記基材形成工程において、前記電極層及び前記絶縁層上に金属層を形成し、該金属層を酸化することにより前記基材を形成する付記1に記載のナノホール構造体の製造方法。
(付記4)陽極酸化により、前記金属層を酸化して前記基材を形成するとともに、該基材中に前記ナノホールを形成する付記3に記載のナノホール構造体の製造方法。
(付記5)基板と、前記基板の上に形成された電極層と、前記電極層上の一部に形成された絶縁層と、前記電極層及び前記絶縁層を覆い、前記電極層上に位置する領域に第一ナノホールが形成され、前記絶縁層上に位置する領域に第二ナノホールが形成された基材と、を有することを特徴とするナノホール構造体。
(付記6)前記第二ナノホールは前記第一ナノホールよりも深さが浅い付記5に記載のナノホール構造体。
(付記7)前記第一ナノホールには金属が充填され、前記第二ナノホールには絶縁性物質が充填された付記5又は6に記載のナノホール構造体。
The preferred embodiments of the present invention are as follows.
(Appendix 1) An electrode layer forming step of forming an electrode layer on a substrate, an insulating layer forming step of forming an insulating layer on a part of the electrode layer, and a base material covering the electrode layer and the insulating layer A base material forming step for forming, a nano hole forming step for forming nano holes in the base material, and a metal filling step for filling a metal into the nano holes formed in a region located on the electrode layer by electroplating. A method for producing a nanohole structure, comprising:
(Additional remark 2) The manufacturing method of the nanohole structure of Additional remark 1 which forms the said insulating layer in a part on said electrode layer by removing the said insulating layer partially in the said insulating layer formation process.
(Supplementary note 3) The nanohole structure according to supplementary note 1, wherein in the base material forming step, a metal layer is formed on the electrode layer and the insulating layer, and the base material is formed by oxidizing the metal layer. Method.
(Additional remark 4) The manufacturing method of the nanohole structure of Additional remark 3 which forms the said base material by oxidizing the said metal layer by anodic oxidation, and forms the said nanohole in this base material.
(Supplementary Note 5) A substrate, an electrode layer formed on the substrate, an insulating layer formed on a part of the electrode layer, and the electrode layer and the insulating layer are covered and positioned on the electrode layer And a base material in which a second nanohole is formed in a region located on the insulating layer.
(Supplementary note 6) The nanohole structure according to supplementary note 5, wherein the second nanohole is shallower than the first nanohole.
(Supplementary note 7) The nanohole structure according to supplementary note 5 or 6, wherein the first nanohole is filled with a metal and the second nanohole is filled with an insulating material.
本発明のナノホール構造体は、磁気記録媒体をはじめ、DNAチップ、診断装置、検出センサー、触媒基板、電界放出ディスプレイ等の各種分野に好適に使用することができ、特に、磁気記録媒体、フォトニック結晶、及びバイオチップ等に好適に使用することができる。
本発明のナノホール構造体の製造方法は、本発明のナノホール構造体の製造に好適に使用することができる。
The nanohole structure of the present invention can be suitably used in various fields such as magnetic recording media, DNA chips, diagnostic devices, detection sensors, catalyst substrates, field emission displays, and the like. It can be suitably used for crystals, biochips and the like.
The method for producing a nanohole structure of the present invention can be suitably used for producing the nanohole structure of the present invention.
Claims (7)
前記電極層上の一部に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記電極層及び前記絶縁層を覆う基材を形成する基材形成工程と、
前記基材にナノホールを形成するナノホール形成工程と、
前記電極層上に位置する領域に形成されたナノホール内に電気メッキ法にて金属を充填する金属充填工程と
を含むことを特徴とするナノホール構造体の製造方法。 An electrode layer forming step of forming an electrode layer on the substrate;
An insulating layer forming step of forming an insulating layer on a part of the electrode layer;
A base material forming step of forming a base material covering the electrode layer and the insulating layer;
A nanohole forming step of forming nanoholes in the substrate;
And a metal filling step of filling a metal into a nanohole formed in a region located on the electrode layer by an electroplating method.
前記基板の上に形成された電極層と、
前記電極層上の一部に形成された絶縁層と、
前記電極層及び前記絶縁層を覆い、前記電極層上に位置する領域に第一ナノホールが形成され、前記絶縁層上に位置する領域に第二ナノホールが形成された基材と
を有することを特徴とするナノホール構造体。 A substrate,
An electrode layer formed on the substrate;
An insulating layer formed in part on the electrode layer;
A base material covering the electrode layer and the insulating layer, wherein a first nanohole is formed in a region located on the electrode layer, and a second nanohole is formed in a region located on the insulating layer. Nanohole structure.
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