JP2010234703A - Laminate - Google Patents

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Kenichi Ishizuka
憲一 石塚
Taisei Nishimi
大成 西見
Yoshihisa Usami
由久 宇佐美
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laminate which is produced with a large area and at low cost by a simpler manufacturing process such as a roll-to-roll method and which includes a polymer film having a microphase separation structure including no defect, grain structure or the like, and also to provide a method of manufacturing the laminate. <P>SOLUTION: The laminate 10a includes, on one surface, a substrate 12 having a plurality of linear recesses arrayed in parallel to each other with the surface as a reference and a polymer film 14a having a microphase separation structure including a cylinder-shaped or a lamella-shaped microdomain formed on the substrate, wherein, in the cross sectional shape of the linear recess, the recess has a projected inclined part or curved part in he depth direction, the angle (θ) formed by the inner face of the recess and the substrate surface of the reference surface is less than 90°, and the cylinder-shaped or the lamella-shaped micro domain is oriented in the thickness direction of the substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、積層体に関するものであり、より詳しくは所定の構造の凹部を有する基板と、その基板上に形成されるミクロ相分離構造を有する高分子膜とを備える積層体に関する。   The present invention relates to a laminate, and more particularly to a laminate comprising a substrate having a recess having a predetermined structure and a polymer film having a microphase separation structure formed on the substrate.

近年、光学材料や電子材料の分野では、集積度の向上や情報量の高密度化、画像情報の高精細化などの要求が高まっている。このような要求に対応するため、ナノメートルレベルで構造制御された材料・構造体が必要とされている。
このような材料・構造体を作製するための微細パターニングの方法として、秩序パターンを自発的に形成する、いわゆる自己組織化を利用して、微細構造を作製するボトムアップ方式が提案されている。なかでも、異種の2以上のポリマー鎖が結合したブロック共重合体は、自己組織化によってデカナノレベルで相分離し、いわゆるミクロ相分離構造を形成することが知られている。このようなミクロ相分離構造のシリンダー状またはラメラ状のミクロドメインを、例えば、基板に対して垂直に配向させることができれば、位相差膜、偏光膜、ディスプレイ用部材、磁気記録媒体などに適用可能であり、エネルギー・環境・生命科学など広範な分野への応用が期待されている。
In recent years, in the fields of optical materials and electronic materials, there have been increasing demands for improving the degree of integration, increasing the amount of information, and increasing the definition of image information. In order to meet such demands, materials and structures whose structure is controlled at the nanometer level are required.
As a fine patterning method for producing such a material / structure, a bottom-up method for producing a fine structure using so-called self-organization that spontaneously forms an ordered pattern has been proposed. Among these, it is known that a block copolymer in which two or more different polymer chains are bonded is phase-separated at a deca-nano level by self-assembly to form a so-called micro phase-separated structure. If such a micro-phase-separated cylindrical or lamellar micro-domain can be oriented perpendicular to the substrate, for example, it can be applied to retardation films, polarizing films, display members, magnetic recording media, etc. It is expected to be applied to a wide range of fields such as energy, environment and life science.

通常、ブロック共重合体の構造体(例えば、膜)は、構造体の狭い領域(このような領域を「グレイン」と呼ぶ)でのみ規則正しく配向したミクロ相分離構造を有し、全体としては、複数のグレインが集合した不規則な配向のミクロ相分離構造を有している。現在までに、基板上に特定方向に配列した秩序パターンを有するブロック共重合体の膜を作製する試みがいくつかなされている。
例えば、特許文献1では、凹凸形状を有し、凹形状部分の深さがミクロ相分離構造を構成するミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離aに対して0.5a以上1.5a以上である基板を使用することにより、欠陥やグレイン構造などがない均一なミクロ相分離構造を有するブロック共重合体の薄膜が得られることが開示されている。
また、特許文献2では、基板上に、使用されるブロック共重合体の2つのブロック鎖の表面自由エネルギーの中間の値の表面自由エネルギーを有する中性層を形成し、さらに、ブロック鎖の一方の表面自由エネルギーに近い表面自由エネルギーを有するガイドパターンを形成することにより、その基板上に形成されるブロック共重合体のミクロ相分離構造を制御する方法が開示されている。
Typically, block copolymer structures (eg, membranes) have a microphase-separated structure that is regularly oriented only in narrow regions of the structure (such regions are referred to as “grains”), It has an irregularly oriented microphase separation structure in which a plurality of grains are aggregated. To date, several attempts have been made to produce block copolymer films having an ordered pattern arranged in a specific direction on a substrate.
For example, in patent document 1, it has an uneven | corrugated shape and the depth of a concave-shaped part is 0.5a or more and 1.5a or more with respect to the distance a between the nearest microdomains of the microdomain which comprises a micro phase separation structure. It is disclosed that by using a substrate, a block copolymer thin film having a uniform microphase-separated structure free from defects and grain structures can be obtained.
Moreover, in patent document 2, the neutral layer which has the surface free energy of the intermediate value of the surface free energy of the two block chains of the block copolymer used on a board | substrate is formed, and also one of the block chains A method for controlling a microphase separation structure of a block copolymer formed on a substrate by forming a guide pattern having a surface free energy close to the surface free energy of the substrate is disclosed.

特開2007−125699号公報JP 2007-125699 A 特開2008−36491号公報JP 2008-36491 A

上述した特許文献1では、主に、規則的に配置された球状ミクロドメインを含む相分離構造を有する高分子膜が開示されているが、シリンダー状またはラメラ状のミクロドメインが基板に対して垂直方向に配向した相分離構造を備える高分子膜は具体的には開示されていない。なお、特許文献1に具体的に開示されてある凹部の断面形状は矩形のみであり、本発明者らが、特許文献1について検討行った結果、このような矩形構造では熱力学的観点より、ミクロドメインが垂直方向に配向した相分離構造が得られ難いことを見出した。
また、特許文献2では、ミクロドメインが基板に対して垂直方向に配向した相分離構造を備える高分子膜が得られているものの、基板表面上に中性層およびガイドパターンを作製する必要がある。そのため、生産プロセスが煩雑となると共に、生産性やコストの面では非常に不利となり、必ずしも工業的に適した方法とは言えない。
In Patent Document 1 described above, a polymer film having a phase separation structure including regularly arranged spherical microdomains is mainly disclosed. However, a cylindrical or lamellar microdomain is perpendicular to a substrate. A polymer membrane having a phase-separated structure oriented in the direction is not specifically disclosed. In addition, the cross-sectional shape of the recessed part specifically disclosed in Patent Document 1 is only a rectangle, and as a result of the inventors' study of Patent Document 1, in such a rectangular structure, from a thermodynamic viewpoint, It was found that it was difficult to obtain a phase separation structure in which microdomains were oriented in the vertical direction.
In Patent Document 2, although a polymer film having a phase separation structure in which microdomains are oriented in a direction perpendicular to the substrate is obtained, it is necessary to produce a neutral layer and a guide pattern on the substrate surface. . For this reason, the production process becomes complicated, and it is very disadvantageous in terms of productivity and cost, and is not necessarily an industrially suitable method.

そこで、本発明は、上記問題点を解決すべく、ロールトゥ ロール(Roll to Roll)方式などのより簡易な製造プロセスによって大面積かつ低コストで生産することができる、欠陥やグレイン構造などが含まれないミクロ相分離構造を有する高分子膜を備える積層体、およびその積層体を製造する方法を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention includes defects and grain structures that can be produced at a large area and at a low cost by a simpler manufacturing process such as a roll-to-roll method in order to solve the above problems. It is an object of the present invention to provide a laminate comprising a polymer membrane having a microphase-separated structure and a method for producing the laminate.

本発明者は、鋭意検討を行った結果、表面上に所定の断面形状を有する線状の凹部を有する基板を用いることにより、所望のミクロ相分離構造を有する高分子膜を備える積層体が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies, the present inventor obtained a laminate including a polymer film having a desired microphase separation structure by using a substrate having a linear recess having a predetermined cross-sectional shape on the surface. As a result, the present invention has been completed.

つまり、本発明者らは、鋭意検討を行った結果、上記課題が下記の<1>〜<10>の構成により解決されることを見出した。
<1> 一の表面に、前記表面を基準として互いに平行に配列した複数の線状の凹部を有する基板と、前記基板上に形成されるシリンダー状またはラメラ状のミクロドメインを含むミクロ相分離構造を有する高分子膜とを備える積層体であって、
前記線状の凹部の断面形状において、凹部は深さ方向に凸状の傾斜部または湾曲部を有し、
前記凹部の内面と基準面である前記基板表面とのなす角度が90°未満であり、
前記シリンダー状またはラメラ状のミクロドメインが前記基板の厚み方向に配向していることを特徴とする積層体。
<2> 前記線状の凹部の断面形状において、前記凹部の幅が、前記基板の表面から前記凹部の最深部へ向かって小さくなる<1>に記載の積層体。
<3> 前記線状の凹部の断面形状において、凹部が凸状の湾曲部から形成される、<1>または<2>に記載の積層体。
<4> 前記凹部の底部から高分子膜表面までの厚さTが、前記凹部の深さをhとしたとき、以下の関係を満たす<1>〜<3>のいずれかに記載の積層体。
T≦1.2×h 式(1)
<5> 前記線状の凹部の深さhが、20nm〜1000nmである、<1>〜<4>のいずれかに記載の積層体。
<6> 前記線状の凹部の開口部の幅Wが、20nm〜1000nmである、<1>〜<5>のいずれかに記載の積層体。
<7> 前記基板が、基板上にヒートモードの形状変化が可能な有機層を設け、前記有機層に集光した光を照射して照射部の有機層を除去し、さらに残存した有機層をマスクとして用い前記基板にエッチング処理を施し、その後、残存した有機層を除去することによって製造される基板である<1>〜<6>のいずれかに記載の積層体。
<8> 基板上に、ヒートモードの形状変化が可能な有機層を設け、前記有機層に集光した光をストライプ状に照射して、照射部の有機層を除去する工程と、
残存した有機層をマスクとして用い、前記基板にエッチング処理を施し、その後、基板上に残存した有機層を除去することにより、前記基板表面を基準として互いに平行に配列した複数の線状の凹部を有し、前記線状の凹部の断面形状において、凹部は深さ方向に凸状の傾斜部または湾曲部を有し、前記凹部の内面と基準面である前記表面とのなす角度が90°未満である基板を製造する工程と、
得られた基板上に、2種以上の互いに非相溶であるポリマー鎖が結合してなるブロック共重合体を含む溶液を塗布して、乾燥させ、シリンダー状またはラメラ状のミクロドメインが前記基板の厚み方向に配向しているミクロ相分離構造を有する高分子膜を製造する工程とを備える、高分子膜を備える積層体の製造方法。
<9> 前記線状の凹部の断面形状において、前記凹部の幅が、前記基板の表面から前記凹部の最深部へ向かって小さくなる、<8>に記載の高分子膜の製造方法。
<10> 前記線状の凹部の断面形状において、凹部が凸状の湾曲部から形成される、<8>または<9>に記載の高分子膜を備える積層体の製造方法。
That is, as a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problems are solved by the following <1> to <10> configurations.
<1> A microphase-separated structure including a substrate having a plurality of linear recesses arranged in parallel to each other on the basis of the surface and a cylindrical or lamellar microdomain formed on the substrate A laminate comprising a polymer film having
In the cross-sectional shape of the linear recess, the recess has a sloped or curved portion that is convex in the depth direction,
An angle formed between the inner surface of the recess and the substrate surface as a reference surface is less than 90 °,
A laminate having the cylindrical or lamellar microdomains oriented in the thickness direction of the substrate.
<2> The laminate according to <1>, wherein in the cross-sectional shape of the linear recess, the width of the recess decreases from the surface of the substrate toward the deepest portion of the recess.
<3> The laminate according to <1> or <2>, wherein the concave portion is formed of a convex curved portion in the cross-sectional shape of the linear concave portion.
<4> The laminate according to any one of <1> to <3>, wherein the thickness T from the bottom of the recess to the surface of the polymer film satisfies the following relationship when the depth of the recess is h: .
T ≦ 1.2 × h Formula (1)
<5> The laminate according to any one of <1> to <4>, wherein a depth h of the linear recess is 20 nm to 1000 nm.
<6> The laminate according to any one of <1> to <5>, wherein the width W of the opening of the linear recess is 20 nm to 1000 nm.
<7> The substrate is provided with an organic layer capable of changing the shape of the heat mode on the substrate, the condensed organic layer is irradiated with the light to remove the organic layer of the irradiated portion, and the remaining organic layer The laminate according to any one of <1> to <6>, which is a substrate produced by performing an etching process on the substrate as a mask and then removing the remaining organic layer.
<8> A step of providing an organic layer capable of changing the shape of the heat mode on the substrate, irradiating the condensed light on the organic layer in a stripe shape, and removing the organic layer of the irradiated portion;
Using the remaining organic layer as a mask, etching the substrate, and then removing the remaining organic layer on the substrate, a plurality of linear recesses arranged parallel to each other with respect to the substrate surface And in the cross-sectional shape of the linear recess, the recess has a sloped portion or a curved portion that is convex in the depth direction, and an angle formed between the inner surface of the recess and the surface that is the reference surface is less than 90 ° A step of manufacturing a substrate which is
A solution containing a block copolymer in which two or more kinds of incompatible polymer chains are bonded to each other is applied to the obtained substrate and dried to form a cylindrical or lamellar microdomain on the substrate. The manufacturing method of a laminated body provided with a polymer film provided with the process of manufacturing the polymer film which has the micro phase-separation structure orientated in the thickness direction.
<9> The method for producing a polymer film according to <8>, wherein in the cross-sectional shape of the linear recess, the width of the recess decreases from the surface of the substrate toward the deepest portion of the recess.
<10> A method for producing a laminate including the polymer film according to <8> or <9>, wherein the concave portion is formed from a convex curved portion in the cross-sectional shape of the linear concave portion.

本発明によれば、ロール トゥ ロール(Roll to Roll)方式などのより簡易な製造プロセスによって大面積かつ低コストで生産することができる、欠陥やグレイン構造などが含まれないミクロ相分離構造を有する高分子膜を備える積層体、およびその積層体を製造する方法を提供することができる。   According to the present invention, it has a microphase separation structure that can be produced at a large area and at low cost by a simpler manufacturing process such as a roll-to-roll method, and does not include defects or grain structures. A laminate comprising a polymer film and a method for producing the laminate can be provided.

図1(a)はシリンダー状ミクロ相分離構造を有する高分子膜を備える積層体を示す斜視断面図であり、(b)は上面図である。FIG. 1A is a perspective sectional view showing a laminate including a polymer film having a cylindrical microphase separation structure, and FIG. 1B is a top view. 図2(a)はラメラ状ミクロ相分離構造を有する高分子膜を備える積層体を示す斜視断面図であり、(b)は上面図である。FIG. 2A is a perspective sectional view showing a laminate including a polymer film having a lamellar microphase separation structure, and FIG. 2B is a top view. 図3は、本発明で使用される基板の好適な実施形態の模式的断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a preferred embodiment of a substrate used in the present invention. 図4は、図3の基板の凹部の概略断面図と、該凹部を水平面に投影した図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the concave portion of the substrate of FIG. 3, and a diagram in which the concave portion is projected on a horizontal plane. 図5は、本発明で使用される基板の他の実施形態の模式的断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of a substrate used in the present invention. 図6は、図5の基板の凹部の概略断面図と、該凹部を水平面に投影した図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a concave portion of the substrate of FIG. 5 and a diagram in which the concave portion is projected on a horizontal plane. 図7(a)および(b)は、本発明で使用される基板の他の実施形態の模式的断面図である。FIGS. 7A and 7B are schematic cross-sectional views of other embodiments of the substrate used in the present invention. 図8(a)〜(c)は、ミクロ相分離構造を有する高分子膜を備える積層体の製造方法を工程順に示す基板および高分子膜の模式的断面図である。FIGS. 8A to 8C are schematic cross-sectional views of a substrate and a polymer film showing a method of manufacturing a laminate including a polymer film having a microphase separation structure in the order of steps. 図9は、線状の凹部が形成された基板の電子顕微鏡写真を示す。FIG. 9 shows an electron micrograph of the substrate on which linear concave portions are formed. 試料Aの上面からの原子間力顕微鏡(AFM)像である。2 is an atomic force microscope (AFM) image from the upper surface of sample A. FIG.

以下に、本発明に係る積層体について、図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。   Below, the laminated body concerning this invention is demonstrated in detail based on suitable embodiment shown on drawing.

図1は、本発明の積層体の一実施形態の斜視断面図である。
同図に示す積層体10aは、基板12、高分子膜14aを備える。
なお、同図において、高分子膜14aは、基板12上の連続した線状の凹部(溝部)内に形成され、ジブロック共重合体(ポリマーAとポリマーBとが末端で結合)を用いて得られるミクロ相分離構造を有する。高分子膜14aは、連続相20と、連続相20中に分布するシリンダー状ミクロドメイン22とからなるシリンダー状ミクロ相分離構造を有する。シリンダー状ミクロドメイン22は、基板12の厚み方向(基板12の表面に対して垂直方向)に配向している。なお、基板12の凹部の断面形状は、深さ方向に凸状の湾曲部(円弧状)より形成されるが、本発明はこれに限定されない。
FIG. 1 is a perspective cross-sectional view of an embodiment of the laminate of the present invention.
A laminate 10a shown in the figure includes a substrate 12 and a polymer film 14a.
In the figure, the polymer film 14a is formed in a continuous linear recess (groove) on the substrate 12 and uses a diblock copolymer (polymer A and polymer B bonded at the end). It has a microphase separation structure obtained. The polymer film 14 a has a cylindrical microphase separation structure composed of a continuous phase 20 and cylindrical microdomains 22 distributed in the continuous phase 20. The cylindrical microdomain 22 is oriented in the thickness direction of the substrate 12 (direction perpendicular to the surface of the substrate 12). In addition, although the cross-sectional shape of the recessed part of the board | substrate 12 is formed from the curved part (arc shape) convex in the depth direction, this invention is not limited to this.

図2は、本発明の構造体の他の実施形態の斜視断面図である。
同図に示す積層体10bは、基板12、高分子膜14bを備える。
なお、同図において、高分子膜14bは、基板12上の連続した線状の凹部(溝部)内に形成され、ジブロック共重合体(ポリマーAとポリマーBとが末端で結合)を用いて得られるミクロ相分離構造を示す。高分子膜14bは、ラメラ状の相24と相26とから構成されるラメラ状ミクロ相分離構造を形成し、ラメラ状の相24と相26とは基板12の厚み方向(基板12の表面に対して垂直方向)に配向している。
図1および図2で示される積層体10aおよび10b中の、基板12は、同一の構成要素である。なお、図1および図2において、基板12、高分子膜14aおよび14bの層厚は該図によっては限定されない。
まず、本発明の積層体を構成する基板12、高分子膜14aおよび14bについて説明する。
FIG. 2 is a perspective sectional view of another embodiment of the structure of the present invention.
A laminate 10b shown in the figure includes a substrate 12 and a polymer film 14b.
In the figure, the polymer film 14b is formed in a continuous linear recess (groove) on the substrate 12, and a diblock copolymer (polymer A and polymer B are bonded at the ends) is used. The resulting microphase separation structure is shown. The polymer film 14b forms a lamellar microphase separation structure composed of a lamellar phase 24 and a phase 26, and the lamellar phase 24 and the phase 26 are in the thickness direction of the substrate 12 (on the surface of the substrate 12). It is oriented in the vertical direction).
The board | substrate 12 in the laminated bodies 10a and 10b shown by FIG. 1 and FIG. 2 is the same component. 1 and 2, the layer thicknesses of the substrate 12 and the polymer films 14a and 14b are not limited depending on the drawings.
First, the substrate 12 and the polymer films 14a and 14b constituting the laminate of the present invention will be described.

<基板>
本発明の基板12は、後述する高分子膜14aおよび14bを積層し、かつ支持するためのものであり、互いに平行に配列された線状の凹部(溝部)を有する。具体的には、基板の一の表面に、該表面を基準として互いに平行に配列した複数の連続した線状の凹部を有する。さらに、線状の凹部の断面形状において、凹部は深さ方向に凸状の傾斜部または湾曲部を有し、凹部の内面と基準面である基板表面とのなす角度が90°未満である基板を使用することにより、後述する高分子膜中で所定の配列構造を有するミクロ相分離構造を得ることができる。
以下に、使用される基板について詳述する。
<Board>
The substrate 12 of the present invention is for laminating and supporting polymer films 14a and 14b described later, and has linear recesses (grooves) arranged in parallel to each other. Specifically, a plurality of continuous linear recesses arranged in parallel with each other on the surface of the substrate are provided on one surface of the substrate. Further, in the cross-sectional shape of the linear concave portion, the concave portion has a convex inclined portion or a curved portion in the depth direction, and an angle formed between the inner surface of the concave portion and the substrate surface as the reference surface is less than 90 ° By using this, it is possible to obtain a microphase-separated structure having a predetermined arrangement structure in a polymer film described later.
Below, the board | substrate used is explained in full detail.

本発明で使用される基板は、後述する所定の構造を有していれば、その種類は特に制限されない。例えば、石英基板、シリコンウエハ、ガラス基板、金属基板、可撓性基板などが挙げられる。なかでも、エッチング加工のしやすさの点で、シリコンウエハ、石英基板、可撓性基板が好ましい。
可撓性基板としては、例えば、ポリイミド(PI)、ポリエーテルサルホン(PES)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、シクロオレフィンポリマー(COP)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、液晶ポリマー(LCP)、または、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、トリアセチルセルロース(TAC)などのポリマー基板、銅箔、アルミニウム箔などの金属フィルムなどが挙げられる。これらの中でも、加工し易さ、取り扱い性からポリマー基板が好ましく、特に、耐熱温度が高く、耐溶剤性に優れ、かつ、機械的強度が良好な点で、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートが好ましい。
If the board | substrate used by this invention has the predetermined structure mentioned later, the kind in particular will not be restrict | limited. For example, a quartz substrate, a silicon wafer, a glass substrate, a metal substrate, a flexible substrate, and the like can be given. Of these, a silicon wafer, a quartz substrate, and a flexible substrate are preferable in terms of ease of etching.
Examples of flexible substrates include polyimide (PI), polyethersulfone (PES), polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), cycloolefin polymer (COP), polyethylene naphthalate (PEN), and polyethylene terephthalate. (PET), polypropylene (PP), liquid crystal polymer (LCP), polymer substrates such as polydimethylsiloxane (PDMS), triacetyl cellulose (TAC), and metal films such as copper foil and aluminum foil. Among these, a polymer substrate is preferable from the viewpoint of ease of processing and handleability, and in particular, polyimide, polyethylene naphthalate, polycarbonate, polyethylene in terms of high heat resistance, excellent solvent resistance, and good mechanical strength. Terephthalate is preferred.

本発明で使用される基板は、線状の凹部の断面形状において、凹部は深さ方向に凸状の傾斜部または湾曲部を有している。凹部は傾斜部と湾曲部とより構成されていてもよい。また、基板表面に対する傾きが異なる2種以上の傾斜部(直線部)より構成されていてもよい。より具体的には、凹部の断面形状として、V字状、円弧状、台形状などが挙げられる。
また、凹部の内面と基準面である基板表面とのなす角度が90°未満である。より詳細には、断面形状における凹部の内面が傾斜部(直線部)である場合はその傾斜線と、または、湾曲部である場合は湾曲部上の任意点での接線と、基板表面とのなす角が上記範囲であればよい。
以下に図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
The board | substrate used by this invention has the convex-shaped inclination part or curved part in the depth direction in the cross-sectional shape of a linear recessed part. The concave portion may be composed of an inclined portion and a curved portion. Moreover, you may be comprised from 2 or more types of inclination parts (straight line part) from which the inclination with respect to a substrate surface differs. More specifically, examples of the cross-sectional shape of the recess include a V shape, an arc shape, and a trapezoidal shape.
The angle formed between the inner surface of the recess and the substrate surface as the reference surface is less than 90 °. More specifically, when the inner surface of the concave portion in the cross-sectional shape is an inclined portion (straight portion), the inclined line, or in the case of a curved portion, a tangent at an arbitrary point on the curved portion and the substrate surface The angle formed may be within the above range.
The present invention will be described in detail below based on preferred embodiments shown in the drawings.

図3は、本発明で使用される基板の好適な一実施形態の模式的断面図である。
図3で示される基板30aの表面34に、複数の線状の凹部32aが互いに平行に配置されている。また、線状の凹部32aの断面形状において、凹部32aは深さ方向に凸状(円弧状、楕円円弧)の湾曲部36により形成されている。凹部32aが湾曲部36を有していると、ミクロドメインの配向がより整った相分離構造が得られ好ましい。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a preferred embodiment of a substrate used in the present invention.
A plurality of linear recesses 32a are arranged in parallel to each other on the surface 34 of the substrate 30a shown in FIG. Further, in the cross-sectional shape of the linear recess 32a, the recess 32a is formed by a curved portion 36 having a convex shape (arc shape, elliptical arc shape) in the depth direction. It is preferable that the concave portion 32a has the curved portion 36 because a phase separation structure in which the orientation of the microdomains is more uniform is obtained.

図3に示すように、断面形状における凹部32aの内面(図3においては湾曲部36上の任意点における接線)と、基準となる基板表面34とのなす角度θは、90°未満であり、85°以下が好ましく、80°以下がより好ましく、60°以下が特に好ましい。また、下限値は0°であり、これは凹部32aの内面(図3においては湾曲部36上の任意点における接線)と基板表面34とが平行であることを指す。上記範囲内であれば、高分子膜中に形成されるミクロ相分離構造がより制御されたものとなり好ましい。なお、上記角度θは、凹部の内側方向における角度を意味する。
角度θは、例えば、基板を割り、その断面を走査電子顕微鏡(SEM)や原子間力顕微鏡(AFM)などにより測定することができる。
As shown in FIG. 3, the angle θ formed between the inner surface of the recess 32 a in the cross-sectional shape (tangent at an arbitrary point on the curved portion 36 in FIG. 3) and the reference substrate surface 34 is less than 90 °, 85 ° or less is preferable, 80 ° or less is more preferable, and 60 ° or less is particularly preferable. The lower limit is 0 °, which means that the inner surface of the recess 32a (the tangent at an arbitrary point on the curved portion 36 in FIG. 3) and the substrate surface 34 are parallel. Within the above range, the microphase separation structure formed in the polymer membrane is more controlled, which is preferable. In addition, the said angle (theta) means the angle in the inner side direction of a recessed part.
The angle θ can be measured by, for example, dividing the substrate and measuring the cross section thereof with a scanning electron microscope (SEM), an atomic force microscope (AFM), or the like.

図3に示される凹部32aの中心間の距離(ピッチ:P)は、積層体の用途により適宜変更されるが、20〜2000nmが好ましく、20〜1500nmがより好ましく、20〜1000nmが特に好ましい。
ピッチPは、例えば、原子間力顕微鏡(AFM)、走査型電子顕微鏡(SEM)などにより測定することができる。
Although the distance (pitch: P) between the centers of the recessed part 32a shown by FIG. 3 is suitably changed by the use of a laminated body, 20-2000 nm is preferable, 20-1500 nm is more preferable, 20-1000 nm is especially preferable.
The pitch P can be measured by, for example, an atomic force microscope (AFM), a scanning electron microscope (SEM), or the like.

図3に示される凹部32aの深さh(基板表面から最深部までの深さ)は、積層体の使用方法などにより適宜選択されるが、20〜1000nmが好ましく、20〜750nmがより好ましく、20〜500nmが特に好ましい。凹部32aの深さhが、上記範囲内であれば、後述する高分子膜のミクロ相分離構造がより制御されたものとなり好ましい。
前記凹部32aの深さhは、例えば、原子間力顕微鏡(AFM)などにより測定することができる。
The depth h (depth from the substrate surface to the deepest part) of the recess 32a shown in FIG. 3 is appropriately selected depending on the usage of the laminate, etc., preferably 20 to 1000 nm, more preferably 20 to 750 nm, 20 to 500 nm is particularly preferable. If the depth h of the recess 32a is within the above range, it is preferable because the microphase separation structure of the polymer membrane described later is more controlled.
The depth h of the recess 32a can be measured by, for example, an atomic force microscope (AFM).

図3に示される凹部32aの開口部の幅Wは、積層体の用途により適宜変更されるが、20〜1000nmが好ましく、20〜750nmがより好ましく、20〜500nmが特に好ましい。
凹部32aの幅Wは、例えば、原子間力顕微鏡(AFM)、走査型電子顕微鏡(SEM)などにより測定することができる。
Although the width W of the opening part of the recessed part 32a shown by FIG. 3 is suitably changed by the use of a laminated body, 20-1000 nm is preferable, 20-750 nm is more preferable, 20-500 nm is especially preferable.
The width W of the recess 32a can be measured by, for example, an atomic force microscope (AFM) or a scanning electron microscope (SEM).

上述のように、本発明において凹部の断面形状は湾曲部により構成されていることが好ましく、凹部の湾曲部の曲率半径が、50〜1000nmであることが好ましい。なかでも、得られるミクロ相分離構造の規則性がより向上する点で、曲率半径が75〜900nmであることがより好ましく、100〜800nmであることが特に好ましい。   As described above, in the present invention, the cross-sectional shape of the concave portion is preferably constituted by a curved portion, and the radius of curvature of the curved portion of the concave portion is preferably 50 to 1000 nm. Especially, it is more preferable that a curvature radius is 75-900 nm, and it is especially preferable that it is 100-800 nm at the point which the regularity of the micro phase-separation structure obtained improves more.

図5は、本発明で使用される基板の他の実施形態の模式的断面図である。
図5で示される基板30bの表面34に、複数の連続した線状の凹部32bが平行に配置されている。また、線状の凹部32bの断面形状は台形状であり、凹部32bは深さ方向に凸状の底面部40および傾斜部38を有している。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of a substrate used in the present invention.
A plurality of continuous linear recesses 32b are arranged in parallel on the surface 34 of the substrate 30b shown in FIG. Moreover, the cross-sectional shape of the linear recessed part 32b is trapezoidal, and the recessed part 32b has the convex bottom face part 40 and the inclination part 38 in the depth direction.

図5において角度θは、凹部32bの内面(図5においては傾斜部38)と、基準となる基板表面34とのなす角度を指す。
なお、図5で示される角度θ、深さh、幅W、および、ピッチPは、上記の定義と同義である。
In FIG. 5, the angle θ indicates an angle formed between the inner surface of the concave portion 32 b (inclined portion 38 in FIG. 5) and the substrate surface 34 serving as a reference.
Note that the angle θ, the depth h, the width W, and the pitch P shown in FIG. 5 are synonymous with the above definitions.

なお、本発明において、断面形状における凹部の幅が、基板の表面から凹部の最深部へ向かって徐々に小さくなることが好ましい。凹部の内面がこのような構造であれば、熱力学的な観点から、ミクロドメインの基板表面に対して垂直方向への配向がより促進される。なかでも、断面形状がV字状、半円状、円弧状であることが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the width of the recess in the cross-sectional shape gradually decreases from the surface of the substrate toward the deepest portion of the recess. If the inner surface of the recess has such a structure, the orientation of the microdomains in the direction perpendicular to the substrate surface is further promoted from the thermodynamic viewpoint. In particular, the cross-sectional shape is preferably V-shaped, semicircular, or arcuate.

本発明においては、断面形状における凹部の傾斜部および/または湾曲部を水平面に垂直投影した投影面積Aと、凹部全体を水平面に垂直投影した投影面積Bとが、(A/B)×100≧20%を満たすことが好ましい。なかでも、(A/B)×100≧30%を満たすことが好ましく、(A/B)×100≧40%を満たすことがより好ましい。上記(A/B)×100が、上記範囲以上であると得られるミクロドメインの配向がより制御されたものとなる。   In the present invention, the projection area A obtained by vertically projecting the inclined portion and / or the curved portion of the recess in the cross-sectional shape onto the horizontal plane and the projection area B obtained by projecting the entire recess perpendicular to the horizontal plane are (A / B) × 100 ≧ It is preferable to satisfy 20%. Especially, it is preferable to satisfy (A / B) × 100 ≧ 30%, and it is more preferable to satisfy (A / B) × 100 ≧ 40%. When the (A / B) × 100 is equal to or greater than the above range, the orientation of the microdomains obtained is more controlled.

図4上図は、凹部32aの概略断面図、図4下図は、凹部32aの湾曲部36を水平面に垂直投影した図である。凹部32aの深さ方向に凸状の湾曲部36を水平面に垂直投影した投影面積A(斜線部)は、凹部32a全体を水平面に垂直投影した投影面積Bと同じ面積となる。つまり、(A/B)×100=100(%)と計算される。   4 is a schematic sectional view of the recess 32a, and the lower view of FIG. 4 is a diagram in which the curved portion 36 of the recess 32a is vertically projected on a horizontal plane. A projection area A (shaded portion) obtained by vertically projecting the curved portion 36 convex in the depth direction of the recess 32a onto the horizontal plane is the same as a projection area B obtained by projecting the entire recess 32a onto the horizontal plane. That is, (A / B) × 100 = 100 (%) is calculated.

図6上図は、凹部32bの概略断面図、図4下図は、凹部32bを水平面に垂直投影した図である。凹部32bの開口部に対応する領域に深さ方向に凸状の傾斜部38を水平面に垂直投影した投影面積Aは、図4下図における斜線部分となる。凹部32b全体を水平面に垂直投影した投影面積Bは全体の面積となる。
上述のように、(A/B)×100≧20%を満たすことが好ましい。
The upper diagram in FIG. 6 is a schematic sectional view of the recess 32b, and the lower diagram in FIG. 4 is a diagram in which the recess 32b is vertically projected on a horizontal plane. A projection area A obtained by vertically projecting the inclined portion 38 convex in the depth direction onto the horizontal plane in a region corresponding to the opening of the recess 32b is a hatched portion in the lower diagram of FIG. A projection area B obtained by vertically projecting the entire recess 32b onto the horizontal plane is the entire area.
As described above, it is preferable to satisfy (A / B) × 100 ≧ 20%.

本発明で使用される基板は、上記規定を満足していれば、線状の凹部の断面形状は特に制限されない。例えば、図7(a)に示すようにV字状(ジグザグ状)であってもよいし、図7(b)に示すように波状であってもよい。
なお、本発明においては、その効果を損なわない範囲において、開口部が凹部内側に傾いた構造を有していてもよい。
If the board | substrate used by this invention satisfies the said prescription | regulation, the cross-sectional shape of a linear recessed part will not be restrict | limited in particular. For example, it may be V-shaped (zigzag) as shown in FIG. 7A, or may be wavy as shown in FIG. 7B.
In the present invention, the opening may have a structure inclined to the inside of the recess as long as the effect is not impaired.

本発明で使用される基板としては、上記の所定の要件を満たしていればよく、線状の凹部の断面形状が矩形(長方形状)ではないことが必要である。凹部の断面形状が短形の場合は、熱力学的観点から、ミクロドメインが基板の厚み方向に配向しにくく、所望の配向構造を有するミクロ相分離構造が得られない。   As a board | substrate used by this invention, what is necessary is just to satisfy said predetermined requirements, and the cross-sectional shape of a linear recessed part needs to be not a rectangle (rectangular shape). When the cross-sectional shape of the recess is short, the microdomains are not easily oriented in the thickness direction of the substrate from the thermodynamic viewpoint, and a microphase separation structure having a desired orientation structure cannot be obtained.

本発明で使用される基板の厚みは、特に限定されず、形成される凹部の深さhとの関係で適宜選択される。取扱いが容易である点より、その厚みは50μm〜1.5mmが好ましく、50μm〜1.2mmがより好ましい。   The thickness of the board | substrate used by this invention is not specifically limited, It selects suitably by the relationship with the depth h of the recessed part formed. In view of easy handling, the thickness is preferably 50 μm to 1.5 mm, more preferably 50 μm to 1.2 mm.

本発明で使用される所定の凹部を有する基板は、公知のリソグラフィー技術を用いて製造することができる。なかでも、基板の作製が容易であり、得られるミクロ相分離構造の構造がより制御されている点で、後述する基板上にヒートモードの形状変化が可能な有機層を設け、有機層に集光した光を照射して照射部の有機層を除去し、さらに残存した有機層をマスクとして用いて基板のドライエッチングを施し、その後、残存した有機層を除去することによって製造される基板であることが好ましい。   The board | substrate which has a predetermined recessed part used by this invention can be manufactured using a well-known lithography technique. In particular, an organic layer capable of changing the shape of the heat mode is provided on the substrate, which will be described later, because the substrate is easy to manufacture and the structure of the resulting microphase separation structure is more controlled. It is a substrate manufactured by irradiating with light and removing the organic layer of the irradiated portion, further performing dry etching of the substrate using the remaining organic layer as a mask, and then removing the remaining organic layer It is preferable.

<高分子膜>
本発明の高分子膜14a、14bは、基板12上に形成され、シリンダー状またはラメラ状の相(以下、ミクロドメインとも称する)が基板12の厚み方向(基板12の表面に対して垂直方向)に配向したミクロ相分離構造を形成する。
この高分子膜14a、14bの構造異方性により、光学異方性、異方導電性、熱伝導異方性、イオン伝導の異方性などが積層体に付与される。
まず、使用されるブロック共重合体について述べる。
<Polymer membrane>
The polymer films 14a and 14b of the present invention are formed on the substrate 12, and a cylindrical or lamellar phase (hereinafter also referred to as microdomain) is in the thickness direction of the substrate 12 (perpendicular to the surface of the substrate 12). A microphase-separated structure oriented in the direction is formed.
Due to the structural anisotropy of the polymer films 14a and 14b, optical anisotropy, anisotropic conductivity, thermal conduction anisotropy, ionic conduction anisotropy, and the like are imparted to the laminate.
First, the block copolymer used will be described.

<ブロック共重合体>
一般的に、ブロック共重合体(ブロックコポリマー)とは、複数の種類のホモポリマー鎖がブロック(構成成分)として結合した高分子をいう。例えば、繰り返し構成単位がAモノマーからなるポリマーA鎖と、繰り返し構成単位がBモノマーからなるポリマーB鎖とが末端同士で結合したポリマーなどが挙げられる。
<Block copolymer>
Generally, a block copolymer (block copolymer) refers to a polymer in which a plurality of types of homopolymer chains are bound as a block (component). For example, a polymer in which a polymer A chain in which a repeating structural unit is composed of an A monomer and a polymer B chain in which a repeating structural unit is composed of a B monomer are bonded to each other at the ends may be mentioned.

本発明に使用されるブロック共重合体は、互いに非相溶な二種以上のポリマーからなり、ジブロック共重合体、トリブロック共重合体またはマルチブロック共重合体のいずれの形態であってもよい。具体的には、ポリマーAからなる部分およびポリマーBからなる部分をそれぞれAブロックおよびBブロックとすると、−A−B−という構造を有する一つのAブロックと一つのBブロックとが結合したA−B型ブロック共重合体や、−A−B−A−という構造を有するBブロックの両端にAブロックが結合したA−B−A型ブロック共重合体や、−B−A−B−という構造を有するAブロックの両端にBブロックが結合したB−A−B型ブロック共重合体などが挙げられる。さらに、−(A−B)n−という構造を有する複数のAブロックとBブロックからなるブロック共重合体を用いてもよい。なかでも、入手のしやすさ、合成のしやすさの観点から、A−B型ブロック共重合体(ジブロック共重合体)が好ましい。なお、ポリマー同士を接続する化学結合は、共有結合が好ましい。 The block copolymer used in the present invention is composed of two or more kinds of polymers that are incompatible with each other, and may be in any form of a diblock copolymer, a triblock copolymer or a multiblock copolymer. Good. Specifically, assuming that the part consisting of polymer A and the part consisting of polymer B are respectively an A block and a B block, one A block having a structure of -A-B- and one B block bonded to each other B-type block copolymer, ABA type block copolymer in which A block is bonded to both ends of a B block having a structure of -A-B-A-, and a structure of -B-A-B- And a B-A-B type block copolymer in which a B block is bonded to both ends of the A block. Furthermore, - (A-B) n - may be used a block copolymer comprising a plurality of A blocks and B blocks having that structure. Among these, from the viewpoint of easy availability and ease of synthesis, an AB type block copolymer (diblock copolymer) is preferable. The chemical bond connecting the polymers is preferably a covalent bond.

本発明で使用されるブロック共重合体を構成するポリマーとしては、ビニル系高分子として、ポリスチレン類(例えば、ポリスチレン、ポリメチルスチレン、ポリジメチルスチレン、ポリトリメチルスチレン、ポリエチルスチレン、ポリイソプロピルスチレン、ポリクロルメチルスチレン、ポリメトキシスチレン、ポリアセトキシスチレン、ポリクロルスチレン、ポリジクロルスチレン、ポリブロムスチレン、ポリトリフルオロメチルスチレン)、ポリ(メタ)アクリレート類(例えば、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリメタクリル酸イソブチル、ポリメタクリル酸ヘキシル、ポリメタクリル酸−2−エチルヘキシル、ポリメタクリル酸イソデシル、ポリメタクリル酸ラウリル、ポリメタクリル酸フェニル、ポリメタクリル酸メトキシエチル、ポリメチルアクリレート、ポリエチルアクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリヘキシルアクリレート、ポリ−2−エチルヘキシルアクリレート、ポリフェニルアクリレート、ポリメトキシエチルアクリレート、ポリグリシジルアクリレート)、ポリビニルエステル類(例えば、ポリビニルアセテート、ポリビニルプロピオネート、ポリビニルブチレート、ポリビニルイソブチレート、ポリビニルカプロエート、ポリビニルクロロアセテート、ポリビニルメトキシアセテート、ポリビニルフェニルアセテート)、ポリアルキレン類(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン)、ポリビニルハロゲン化物類(例えば、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン)などが挙げられる。ジエン系高分子としては、ポリブタジエン、ポリイソプレンなどが挙げられる。エーテル系高分子としては、ポリメチレンオキシド、ポリエチレンオキシド、ポリチオエーテル、ポリジメチルシロキサン、ポリエーテルスルホンなどが挙げられる。縮合系エステル型高分子としては、ポリ−ε−カプロラクトン、ポリ乳酸などが挙げられる。縮合系アミド型高分子としては、ナイロン6、ナイロン66、ポリ−m−フェニレンイソフタラミド、ポリ−p−フェニレンテレフタラミド、ポリピロメリットイミドなどが挙げられる。ブロック共重合体を構成するポリマー鎖の組み合わせは、使用するポリマー鎖同士が非相溶であれば特に限定されないが、例えば、ビニル系高分子同士、ビニル系高分子とジエン系高分子、ビニル系高分子とエーテル系高分子、ビニル系高分子と縮合系エステル型系高分子、ジエン系高分子同士の組み合わせが好ましく、ビニル系高分子1種以上使用することがより好ましく、ビニル系高分子同士が最も好ましい。   As the polymer constituting the block copolymer used in the present invention, as a vinyl polymer, polystyrenes (for example, polystyrene, polymethylstyrene, polydimethylstyrene, polytrimethylstyrene, polyethylstyrene, polyisopropylstyrene, Polychloromethylstyrene, polymethoxystyrene, polyacetoxystyrene, polychlorostyrene, polydichlorostyrene, polybromostyrene, polytrifluoromethylstyrene), poly (meth) acrylates (eg, polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate) , Polybutyl methacrylate, polyisobutyl methacrylate, polyhexyl methacrylate, poly-2-ethylhexyl methacrylate, polyisodecyl methacrylate, polylauryl methacrylate, polymethacrylate Phenyl phosphate, polymethoxyethyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyethyl acrylate, polybutyl acrylate, polyhexyl acrylate, poly-2-ethylhexyl acrylate, polyphenyl acrylate, polymethoxyethyl acrylate, polyglycidyl acrylate), polyvinyl esters (Eg, polyvinyl acetate, polyvinyl propionate, polyvinyl butyrate, polyvinyl isobutyrate, polyvinyl caproate, polyvinyl chloroacetate, polyvinyl methoxyacetate, polyvinylphenyl acetate), polyalkylenes (eg, polyethylene, polypropylene, polyisobutylene) ), Polyvinyl halides (eg, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polytet) Fluoroethylene, polyvinylidene fluoride), and the like. Examples of the diene polymer include polybutadiene and polyisoprene. Examples of ether polymers include polymethylene oxide, polyethylene oxide, polythioether, polydimethylsiloxane, and polyethersulfone. Examples of the condensed ester type polymer include poly-ε-caprolactone and polylactic acid. Examples of the condensed amide polymer include nylon 6, nylon 66, poly-m-phenylene isophthalamide, poly-p-phenylene terephthalamide, and polypyromellitimide. The combination of polymer chains constituting the block copolymer is not particularly limited as long as the polymer chains to be used are incompatible with each other. For example, vinyl polymers, vinyl polymers and diene polymers, vinyl polymers A combination of a polymer and an ether polymer, a vinyl polymer and a condensation ester polymer, or a diene polymer is preferable, and one or more vinyl polymers are preferably used. Is most preferred.

より具体的には、例えば、ポリスチレン−ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン−ポリエチレンオキシド、ポリイソプレン−ポリ(2−ビニルピリジン)、ポリメチルアクリレート−ポリスチレン、ポリブタジエン−ポリスチレン、ポリイソプレン−ポリスチレン、ポリスチレン−ポリ(2−ビニルピリジン)、ポリスチレン−ポリ(4−ビニルピリジン)、ポリスチレン−ポリジメチルシロキサン、ポリブタジエン−ポリエチレンオキシド、ポリスチレン−ポリアクリル酸などが挙げられる。
なかでも、入手のしやすく汎用性がある点から、ポリスチレン−ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン−ポリエチレンオキシド、ポリイソプレン−ポリスチレン、ポリスチレン−ポリ(2−ビニルピリジン)、ポリスチレン−ポリ(4−ビニルピリジン)、ポリブタジエン−ポリエチレンオキシドなどのブロック共重合体が好適に挙げられる。
More specifically, for example, polystyrene-polymethyl methacrylate, polystyrene-polyethylene oxide, polyisoprene-poly (2-vinylpyridine), polymethylacrylate-polystyrene, polybutadiene-polystyrene, polyisoprene-polystyrene, polystyrene-poly ( 2-vinylpyridine), polystyrene-poly (4-vinylpyridine), polystyrene-polydimethylsiloxane, polybutadiene-polyethylene oxide, polystyrene-polyacrylic acid and the like.
Among them, polystyrene-polymethyl methacrylate, polystyrene-polyethylene oxide, polyisoprene-polystyrene, polystyrene-poly (2-vinylpyridine), polystyrene-poly (4-vinylpyridine) are easy to obtain and versatile. Suitable examples include block copolymers such as polybutadiene-polyethylene oxide.

本発明においてブロック共重合体は、ブロック共重合体を構成する互いに非相溶な高分子ブロック鎖間の極性差が大きいものが好ましい。極性差は、例えば、溶解性パラメーター差(SP値差)で数値表現することができる。SP値は、分子構造から推算でき、Small、Hoy、Fedorsの理論SP値等多くの推算法が提案されている。この中で、Fedorsの理論SP値は、重合体の密度のパラメーターが不要のため、新規構造のポリマーに対しても有効な計算法である(日本接着協会誌、vol.22、no.10、564−567(1986)等参照)。Fedors推算法では、重合体を構成している原子もしくは極性基などの原子団が有する結合エネルギーおよび分子運動エネルギーΔei、重合体を構成する繰り返し単位の結合エネルギーおよび分子運動エネルギーΣΔei、重合体を構成している原子もしくは極性基などの原子団の占有体積Δvi、重合体を構成する繰り返し単位の占有体積ΣΔviによって、下記式3で理論SP値(単位は(cal/cm 1/2 である)を求めることができる。
式(3): SP=(ΣΔei/ΣΔvi) 1/2
In the present invention, the block copolymer preferably has a large polarity difference between the incompatible polymer block chains constituting the block copolymer. The polarity difference can be expressed numerically by, for example, a solubility parameter difference (SP value difference). The SP value can be estimated from the molecular structure, and many estimation methods such as the theoretical SP values of Small, Hoy, and Fedors have been proposed. Among them, the theoretical SP value of Fedors is an effective calculation method even for a polymer having a new structure because the parameter of the density of the polymer is unnecessary (Japan Adhesion Association Journal, vol. 22, no. 10, 564-567 (1986) etc.). In the Fedors estimation method, the bond energy and molecular kinetic energy Δei possessed by an atomic group such as atoms or polar groups constituting the polymer, the bond energy and molecular kinetic energy ΣΔei of the repeating unit constituting the polymer, and the polymer The theoretical SP value (unit: (cal / cm 3 ) 1/2 in the following equation 3 by the occupied volume Δvi of atomic groups such as atoms or polar groups and the occupied volume ΣΔvi of the repeating unit constituting the polymer. ).
Formula (3): SP = (ΣΔei / ΣΔvi) 1/2

例えば、ポリスチレンの理論SP値は14.09(cal/cm1/2、ポリメチルメタクリレートの理論SP値は10.55(cal/cm1/2と推算される。従って、ポリスチレンブロック鎖とポリメチルメタクリレートブロック鎖とからなるブロック共重合体の極性差(SP値差)は、3.54(cal/cm1/2ということになる。 For example, the theoretical SP value of polystyrene 14.09 (cal / cm 3) 1/2 , the theoretical SP values of polymethylmethacrylate is estimated to 10.55 (cal / cm 3) 1/2 . Therefore, the polarity difference (SP value difference) of the block copolymer composed of polystyrene block chains and polymethylmethacrylate block chains is 3.54 (cal / cm 3 ) 1/2 .

本発明にかかるブロック共重合体の重量平均分子量(Mw)は、使用目的により適宜選択されるが、1×10以上が好ましく、なかでも1×10〜1×10が好ましく、5×10〜1×10がより好ましい。なお、上記重量平均分子量(Mw)は、GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)を用いて測定し、標準ポリスチレンに換算したときの重量平均分子量である。 The weight average molecular weight (Mw) of the block copolymer according to the present invention is appropriately selected depending on the purpose of use, but is preferably 1 × 10 4 or more, particularly preferably 1 × 10 4 to 1 × 10 7 , 5 ×. 10 4 ~1 × 10 6 is more preferable. The weight average molecular weight (Mw) is a weight average molecular weight measured using GPC (gel permeation chromatography) and converted to standard polystyrene.

本発明にかかるブロック共重合体は、分子量分布が狭いことが好ましい。具体的には、重量平均分子量(Mw)と数重量平均分子量(Mn)とで表される分子量分布(Mw/Mn)が、1.00〜1.50であることが好ましく、1.00〜1.15であることが更に好ましい。Mw/Mnの値が上記範囲内であれば、より均一なサイズを有するミクロ相分離構造を形成することができる。   The block copolymer according to the present invention preferably has a narrow molecular weight distribution. Specifically, the molecular weight distribution (Mw / Mn) represented by the weight average molecular weight (Mw) and the number weight average molecular weight (Mn) is preferably 1.00 to 1.50, preferably 1.00 More preferably, it is 1.15. When the value of Mw / Mn is within the above range, a microphase separation structure having a more uniform size can be formed.

本発明にかかるブロック共重合体の共重合比率は、高分子膜14a、14bでシリンダー状またはラメラ状のミクロ相分離構造が得られるように適宜選択される。
例えば、ジブロック共重合体(A−B型)またはトリブロック共重合体(A−B−A型)で、図1に示すようなシリンダー状ミクロ相分離構造の場合、共重合体を構成するポリマーAとポリマーBとの比率(ポリマーA/ポリマーB)=0.9/0.1〜0.65/0.35(体積比)または、0.35/0.65〜0.1/0.9(体積比)が好ましく、より好ましくは0.8/0.2〜0.7/0.3(体積比)または、0.3/0.7〜0.2/0.8(体積比)である。上記範囲内であれば、より配列の整ったシリンダー状のミクロ相分離構造が得られる。
また、図2に示すようなラメラ状ミクロ相分離構造の場合、共重合体を構成するポリマーAとポリマーBとの比率(ポリマーA/ポリマーB)=0.65/0.35〜0.35/0.65(体積比)が好ましく、より好ましくは0.6/0.4〜0.4/0.6(体積比)である。上記範囲内であれば、より配列の整ったラメラ状のミクロ相分離構造が得られる。
The copolymerization ratio of the block copolymer according to the present invention is appropriately selected so that a cylindrical or lamellar microphase separation structure can be obtained by the polymer films 14a and 14b.
For example, a diblock copolymer (A-B type) or a triblock copolymer (A-B-A type) having a cylindrical microphase separation structure as shown in FIG. 1 constitutes the copolymer. Ratio of polymer A to polymer B (polymer A / polymer B) = 0.9 / 0.1 to 0.65 / 0.35 (volume ratio) or 0.35 / 0.65 to 0.1 / 0 .9 (volume ratio) is preferable, and more preferably 0.8 / 0.2 to 0.7 / 0.3 (volume ratio) or 0.3 / 0.7 to 0.2 / 0.8 (volume) Ratio). Within the above range, a more ordered cylindrical microphase separation structure can be obtained.
In the case of a lamellar microphase separation structure as shown in FIG. 2, the ratio of polymer A to polymer B constituting the copolymer (polymer A / polymer B) = 0.65 / 0.35 to 0.35. /0.65 (volume ratio) is preferable, and 0.6 / 0.4 to 0.4 / 0.6 (volume ratio) is more preferable. Within the above range, a more ordered lamellar microphase separation structure can be obtained.

本発明にかかるブロック共重合体は、公知の方法で合成することができる。また、市販品を用いてもよい。   The block copolymer according to the present invention can be synthesized by a known method. Moreover, you may use a commercial item.

<ミクロ相分離構造>
高分子膜14a、14bは、シリンダー状またはラメラ状の相(以下、ミクロドメインとも称する)が基板12の厚み方向(基板12に対して垂直方向)に配向したミクロ相分離構造を形成する。上述のように、図1では、ジブロック共重合体(ポリマーAとポリマーBとが末端で結合)を用いて得られるシリンダー状ミクロ相分離構造を有する構造体の斜視断面図を示す。なお、シリンダー状ミクロ相分離構造とは、一方の分離相がシリンダー状の構造をしているものをさす。
図1に示されるように高分子膜14aは、連続相20と、連続相20中に分布するシリンダー状ミクロドメイン22とからなるミクロ相分離構造を有し、基板12の表面上に配置されている。連続相20とシリンダー状ミクロドメイン22は、それぞれブロック共重合体を構成するポリマーAとポリマーBより形成される。シリンダー状ミクロドメイン22は、連続相20中に分布するとともに、基板12の厚み方向(基板12の表面に対して垂直方向)である図1(a)中のZ軸方向に配向している。つまり、シリンダー状ミクロドメイン22の長手方向(中心軸)は、高分子膜14aの厚さ方向と略並行に配列している。
そして、図1(b)に示すようにシリンダー状ミクロドメイン22は、膜の水平面(図中XY平面)において、千鳥配置をなすことが好ましく、特に六方格子状となるように規則配列パターンを形成していることが好ましい。ここで、六方格子状とは、ミクロドメインの一つと、これに隣接する2つのミクロドメインがなす角度θが略60度(略60度とは、50〜70度、好ましくは55〜65度をさす)となるような構造をさす。
なお、規則配列パターンは、六方格子状をとるものを例示したが、これに限定されることなく、例えば、正方配列をとる場合もある。また、規則配列パターンを有している場合に限定されるわけでなく、不規則配列パターンである場合も含まれる。
<Micro phase separation structure>
The polymer films 14a and 14b form a microphase separation structure in which cylindrical or lamellar phases (hereinafter also referred to as microdomains) are oriented in the thickness direction of the substrate 12 (perpendicular to the substrate 12). As described above, FIG. 1 shows a perspective sectional view of a structure having a cylindrical microphase separation structure obtained by using a diblock copolymer (polymer A and polymer B are bonded at the ends). The cylindrical microphase separation structure refers to a structure in which one separated phase has a cylindrical structure.
As shown in FIG. 1, the polymer film 14 a has a microphase separation structure composed of a continuous phase 20 and cylindrical microdomains 22 distributed in the continuous phase 20, and is disposed on the surface of the substrate 12. Yes. The continuous phase 20 and the cylindrical microdomain 22 are formed from a polymer A and a polymer B constituting a block copolymer, respectively. The cylindrical microdomains 22 are distributed in the continuous phase 20 and oriented in the Z-axis direction in FIG. 1A, which is the thickness direction of the substrate 12 (the direction perpendicular to the surface of the substrate 12). That is, the longitudinal direction (center axis) of the cylindrical microdomain 22 is arranged substantially in parallel with the thickness direction of the polymer film 14a.
As shown in FIG. 1B, the cylindrical microdomains 22 preferably have a staggered arrangement on the horizontal plane of the film (XY plane in the figure), and form a regular arrangement pattern so as to have a hexagonal lattice shape in particular. It is preferable. Here, the hexagonal lattice shape means that an angle θ formed by one microdomain and two adjacent microdomains is approximately 60 degrees (approximately 60 degrees is 50 to 70 degrees, preferably 55 to 65 degrees). A structure that becomes
In addition, although the regular arrangement | sequence pattern illustrated what took the hexagonal lattice shape, it is not limited to this, For example, a square arrangement | sequence may be taken. Further, the present invention is not limited to the case of having a regular arrangement pattern, and includes the case of an irregular arrangement pattern.

シリンダー状ミクロドメイン22の大きさ(直径)は、使用するブロック共重合体の分子量などにより適宜制御することができ、5〜200nmが好ましく、10〜100nmがより好ましい。楕円などの場合は、長径が上記範囲内であればよい。
隣り合うミクロドメイン間の距離(中心軸間の距離)は、使用するブロック共重合体の分子量などにより適宜制御することができ、5〜300nmが好ましく、10〜150nmがより好ましい。ミクロドメインの大きさやミクロドメイン間の距離は、原子間力顕微鏡観察などによって測定することができる。
なお、ミクロドメインという用語はマルチブロックコポリマー中のドメインを表すのに一般に使用されており、ドメインのサイズを規定するものではない。
The size (diameter) of the cylindrical microdomain 22 can be appropriately controlled by the molecular weight of the block copolymer to be used, and is preferably 5 to 200 nm, more preferably 10 to 100 nm. In the case of an ellipse or the like, the major axis may be in the above range.
The distance between adjacent microdomains (distance between central axes) can be appropriately controlled depending on the molecular weight of the block copolymer to be used, and is preferably 5 to 300 nm, more preferably 10 to 150 nm. The size of the microdomains and the distance between the microdomains can be measured by observation with an atomic force microscope.
The term microdomain is generally used to represent a domain in a multi-block copolymer and does not define the size of the domain.

シリンダー状ミクロドメイン22は、基板12の厚み方向(基板12の表面に対して垂直方向)に配向しており、略平行であることが好ましい。具体的に略平行とは、基板12厚み方向に対するシリンダー状ミクロドメイン32の中心軸の傾斜角度が±45度以内、好ましくは±30度以内であることを指す。傾斜角度は、超薄切片のTEM解析や、小角X線散乱解析などによって測定することができる。   The cylindrical microdomain 22 is oriented in the thickness direction of the substrate 12 (perpendicular to the surface of the substrate 12), and is preferably substantially parallel. Specifically, “substantially parallel” means that the inclination angle of the central axis of the cylindrical microdomain 32 with respect to the thickness direction of the substrate 12 is within ± 45 degrees, preferably within ± 30 degrees. The tilt angle can be measured by TEM analysis of ultrathin sections, small-angle X-ray scattering analysis, or the like.

上述のように、図2では、ジブロック共重合体(ポリマーAとポリマーBとが末端で結合)を用いて得られるラメラ状ミクロ相分離構造を有する構造体の斜視断面図を示す。なお、ラメラ状ミクロ相分離構造とは、ラメラ状(板状)相で構成される構造をさす。図2に示すように、高分子膜14bでは、ラメラ状(板状)の相が交互に配置されている。それぞれのラメラ状の相24および相26は、それぞれブロック共重合体を構成するポリマーAとポリマーBより形成されている。ラメラ状の相は、基板12の厚み方向(基板12の表面に対して垂直方向)である図2(a)中のZ軸方向に配向している。つまり、ラメラ状相24および26の界面が、基板12の厚み方向に略並行して配列している。
また、図2に示すように、ラメラ状相24および26が、互いに隣接して、基板上の線状の凹部が伸びる方向(線状の凹部が配列する方向とは直交する方向)に平行に配置されていることが好ましい。つまり、ラメラ状相同士の界面が、線状の凹部(溝部)が伸びる方向に平行に配置される。
As described above, FIG. 2 shows a perspective sectional view of a structure having a lamellar microphase separation structure obtained by using a diblock copolymer (polymer A and polymer B are bonded at the ends). The lamellar microphase separation structure refers to a structure composed of lamellar (plate-like) phases. As shown in FIG. 2, in the polymer film 14b, lamellar (plate-like) phases are alternately arranged. Each of the lamellar phases 24 and 26 is formed of polymer A and polymer B constituting the block copolymer. The lamellar phase is oriented in the Z-axis direction in FIG. 2A, which is the thickness direction of the substrate 12 (the direction perpendicular to the surface of the substrate 12). That is, the interfaces between the lamellar phases 24 and 26 are arranged substantially in parallel with the thickness direction of the substrate 12.
Further, as shown in FIG. 2, the lamellar phases 24 and 26 are adjacent to each other and parallel to the direction in which the linear recesses on the substrate extend (the direction orthogonal to the direction in which the linear recesses are arranged). It is preferable that they are arranged. That is, the interface between the lamellar phases is arranged in parallel to the direction in which the linear concave portion (groove portion) extends.

ラメラ状相24、26の幅は、使用するブロック共重合体の分子量などにより適宜制御することができ、5〜200nmが好ましく、10〜100nmがより好ましい。ラメラ状相の幅は、原子間力顕微鏡観察などによって測定することができる。   The widths of the lamellar phases 24 and 26 can be appropriately controlled depending on the molecular weight of the block copolymer to be used, and are preferably 5 to 200 nm, more preferably 10 to 100 nm. The width of the lamellar phase can be measured by observation with an atomic force microscope or the like.

ラメラ状相24、26は、基板12の厚み方向(基板12の表面に対して垂直方向)に配向しており、略平行であることが好ましい。具体的に略平行とは、基板12の厚さ方向に対する、ラメラ相間の界面のなす傾斜角度が±45度以内、好ましくは±30度以内であることを指す。角度は、超薄切片のTEM解析や、小角X線散乱解析などによって測定することができる。   The lamellar phases 24 and 26 are oriented in the thickness direction of the substrate 12 (perpendicular to the surface of the substrate 12), and are preferably substantially parallel. Specifically, “substantially parallel” means that the inclination angle formed by the interface between the lamellar phases with respect to the thickness direction of the substrate 12 is within ± 45 degrees, preferably within ± 30 degrees. The angle can be measured by TEM analysis of ultrathin sections, small-angle X-ray scattering analysis, or the like.

本発明の高分子膜14a、14bは、層全体が規則配列パターンを有している場合に限定されるわけでなく、一部に不規則配列パターンを含む場合もある。   The polymer films 14a and 14b of the present invention are not limited to the case where the entire layer has a regular arrangement pattern, and may include an irregular arrangement pattern in part.

高分子膜14a、14bの凹部の底部から高分子膜表面までの厚さTは、使用するブロック共重合体の濃度などを変えることにより適宜制御することができるが、10〜1200nmが好ましく、50〜1200nmがより好ましい。上記範囲内であれば、得られるミクロ相分離構造の規則性がより向上する。
膜厚の測定方法としては、公知のプロファイラ装置(KLA−Tecnor社製)などにより、任意の点を3ヵ所以上測定して数平均して求めた値である。
The thickness T from the bottom of the concave portions of the polymer films 14a and 14b to the surface of the polymer film can be appropriately controlled by changing the concentration of the block copolymer used, but is preferably 10 to 1200 nm, 50 -1200 nm is more preferable. If it is in the said range, the regularity of the obtained micro phase-separation structure will improve more.
The method for measuring the film thickness is a value obtained by measuring three or more arbitrary points using a known profiler device (manufactured by KLA-Teknor) and number-average.

なお、高分子膜14a、14bの厚さTは、上述した基板上の凹部の深さhとの間で以下式(1)の関係を満たすことが好ましい。
T≦1.2×h 式(1)
高分子膜14a、14bの厚さTが上記範囲内であれば、より構造の整ったミクロ相分離構造を作製することができる。
なお、厚さTと凹部の深さhとは、以下の式(2)の関係を満たすことがより好ましい。
T≦1.0×h 式(2)
The thickness T of the polymer films 14a and 14b preferably satisfies the relationship of the following formula (1) with the above-described depth h of the recess on the substrate.
T ≦ 1.2 × h Formula (1)
As long as the thickness T of the polymer films 14a and 14b is within the above range, a more well-structured microphase separation structure can be produced.
In addition, it is more preferable that the thickness T and the depth h of the recess satisfy the relationship of the following formula (2).
T ≦ 1.0 × h Formula (2)

<積層体>
本発明の積層体は、上記の所定の構造を有する基板と、所定のミクロ相分離構造を有する高分子膜とを備える。この積層体は、広範な分野・用途への展開が可能となる。例としては、フォトマスク、異方性導電膜、異方性イオン伝導膜、フォトニック結晶、位相差膜、偏光膜、スクリーン、カラーフィルタ、ディスプレイ用部材、光電変換素子、ナノインプリントモールド、磁気記録媒体、音響振動材料、吸音材料および制振材料などが挙げられる。特に、フォトマスク、異方性導電膜、異方性イオン伝導膜、フォトニック結晶、位相差膜、偏光膜への応用が期待される。
<Laminated body>
The laminate of the present invention includes the substrate having the above-described predetermined structure and a polymer film having a predetermined microphase separation structure. This laminate can be expanded to a wide range of fields and applications. Examples include photomask, anisotropic conductive film, anisotropic ion conductive film, photonic crystal, retardation film, polarizing film, screen, color filter, display member, photoelectric conversion element, nanoimprint mold, magnetic recording medium , Acoustic vibration materials, sound absorbing materials, vibration damping materials, and the like. In particular, application to photomasks, anisotropic conductive films, anisotropic ion conductive films, photonic crystals, retardation films, and polarizing films is expected.

<積層体の製造方法>
本発明の積層体の製造方法は、特に制限されないが、短時間・低コストで製造でき、得られるミクロ相分離構造がより制御されたものになる点で、以下の工程により製造されることが好ましい。
(光照射工程) 基板上に、ヒートモードの形状変化が可能な有機層を設け、有機層に集光した光をストライプ状に照射して、照射部の有機層を除去する工程
(エッチング処理工程) 残存した有機層をマスクとして用い、基板にエッチング処理を施し、その後、基板上に残存した有機層を除去することにより、基板表面を基準として互いに平行に配列した複数の線状の凹部を有し、線状の凹部の断面形状において、凹部は深さ方向に凸状の傾斜部または湾曲部を有し、凹部の内面と基準面である表面とのなす角度が90°未満である基板を製造する工程
(膜形成工程) 除去工程で得られた基板上に、2種以上の互いに非相溶であるポリマー鎖が結合してなるブロック共重合体を含む溶液を塗布して、乾燥させ、シリンダー状またはラメラ状のミクロドメインが前記基板の厚み方向に配向しているミクロ相分離構造を有する高分子膜を製造する工程
上記の各工程について、図8に従って、以下に説明する。
<Method for producing laminate>
The production method of the laminate of the present invention is not particularly limited, but can be produced by the following steps in that it can be produced in a short time and at a low cost, and the resulting microphase separation structure is more controlled. preferable.
(Light Irradiation Process) A process of removing an organic layer in an irradiated portion by providing an organic layer capable of changing the shape of a heat mode on a substrate, irradiating light condensed on the organic layer in a stripe shape (etching process process) ) Using the remaining organic layer as a mask, the substrate is etched, and then the organic layer remaining on the substrate is removed to thereby have a plurality of linear recesses arranged parallel to each other with respect to the substrate surface. In the cross-sectional shape of the linear recess, the recess has a convex inclined portion or a curved portion in the depth direction, and an angle formed between the inner surface of the recess and the surface that is the reference surface is less than 90 °. Step of manufacturing (film forming step) On the substrate obtained in the removing step, a solution containing a block copolymer formed by bonding two or more kinds of incompatible polymer chains is applied and dried, Cylindrical or lamellar The process described above for each step of producing a polymer film having a microphase-separated structure black domains are oriented in the thickness direction of the substrate, according to FIG. 8, will be described below.

<光照射工程>
光照射工程は、基板上に、ヒートモードの形状変化が可能な有機層を設け、有機層に集光した光をストライプ状に照射して、照射部の有機層を除去する工程である。この工程により、図8(a)に示すように、基板50表面上に複数の線状の凹部54を有する有機層52が形成される。この有機層52が後述するエッチング処理工程において、マスクとしての役割を果たす。
以下に、本工程で使用される材料および手順について詳述する。
<Light irradiation process>
The light irradiation process is a process of providing an organic layer capable of changing the shape of the heat mode on the substrate, irradiating the condensed light on the organic layer in a stripe shape, and removing the organic layer of the irradiation part. By this step, an organic layer 52 having a plurality of linear recesses 54 is formed on the surface of the substrate 50 as shown in FIG. The organic layer 52 serves as a mask in the etching process described later.
The materials and procedures used in this step are described in detail below.

<有機層>
ヒートモードの形状変化が可能な有機層は、強い光の照射により光が熱に変換されてこの熱により材料が形状変化して凹部を形成することが可能な層であれば特に限定されない。例えば、シアニン系、フタロシアニン系、キノン系、スクワリリウム系、アズレニウム系、チオール錯塩系、メロシアニン系などの色素を含む層を用いることができる。
好適な色素の例としては、例えば、メチン色素(シアニン色素、ヘミシアニン色素、スチリル色素、オキソノール色素、メロシアニン色素など)、大環状色素(フタロシアニン色素、ナフタロシアニン色素、ポルフィリン色素など)、アゾ色素(アゾ金属キレート色素を含む)、アリリデン色素、錯体色素、クマリン色素、アゾール誘導体、トリアジン誘導体、1−アミノブタジエン誘導体、桂皮酸誘導体、キノフタロン系色素などが挙げられる。これらの中でも、メチン色素、アゾ色素が特に好ましい。メチン色素としては、シアニン色素、オキソノール色素が特に好ましい。
<Organic layer>
The organic layer capable of changing the shape in the heat mode is not particularly limited as long as it is a layer in which light is converted into heat by irradiation of strong light and the material can change its shape by this heat to form a recess. For example, a layer containing a dye such as cyanine-based, phthalocyanine-based, quinone-based, squarylium-based, azulenium-based, thiol complex-based, or merocyanine-based can be used.
Examples of suitable dyes include, for example, methine dyes (cyanine dyes, hemicyanine dyes, styryl dyes, oxonol dyes, merocyanine dyes, etc.), macrocyclic dyes (phthalocyanine dyes, naphthalocyanine dyes, porphyrin dyes, etc.), azo dyes (azo dyes) Metal chelate dyes), arylidene dyes, complex dyes, coumarin dyes, azole derivatives, triazine derivatives, 1-aminobutadiene derivatives, cinnamic acid derivatives, quinophthalone dyes, and the like. Among these, methine dyes and azo dyes are particularly preferable. As the methine dye, a cyanine dye and an oxonol dye are particularly preferable.

なお、有機層は、レーザ光源の波長に応じて適宜色素を選択したり、構造を改変することができる。
例えば、レーザ光源の発振波長が780nm付近であった場合、ペンタメチンシアニン色素、ヘプタメチンオキソノール色素、ペンタメチンオキソノール色素、フタロシアニン色素、ナフタロシアニン色素などから選択することが有利である。
また、レーザ光源の発振波長が660nm付近であった場合は、トリメチンシアニン色素、ペンタメチンオキソノール色素、アゾ色素、アゾ金属錯体色素、ピロメテン錯体色素などから選択することが有利である。
更に、レーザ光源の発振波長が405nm付近であった場合は、モノメチンシアニン色素、モノメチンオキソノール色素、ゼロメチンメロシアニン色素、フタロシアニン色素、アゾ色素、アゾ金属錯体色素、ポルフィリン色素、アリリデン色素、錯体色素、クマリン色素、アゾール誘導体、トリアジン誘導体、ベンゾトリアゾール誘導体、1−アミノブタジエン誘導体、キノフタロン系色素などから選択することが有利である。
In addition, the organic layer can select a pigment | dye suitably according to the wavelength of a laser light source, or can modify | change a structure.
For example, when the oscillation wavelength of the laser light source is around 780 nm, it is advantageous to select from pentamethine cyanine dye, heptamethine oxonol dye, pentamethine oxonol dye, phthalocyanine dye, naphthalocyanine dye, and the like.
When the oscillation wavelength of the laser light source is around 660 nm, it is advantageous to select from trimethine cyanine dye, pentamethine oxonol dye, azo dye, azo metal complex dye, pyromethene complex dye, and the like.
Further, when the oscillation wavelength of the laser light source is around 405 nm, monomethine cyanine dye, monomethine oxonol dye, zero methine merocyanine dye, phthalocyanine dye, azo dye, azo metal complex dye, porphyrin dye, arylidene dye, complex It is advantageous to select from dyes, coumarin dyes, azole derivatives, triazine derivatives, benzotriazole derivatives, 1-aminobutadiene derivatives, quinophthalone dyes, and the like.

以下、レーザ光源の発振波長が405nm付近であった場合に対し、有機層として好ましい化合物の例を挙げる。下記III−1〜III−14で表される化合物は、レーザ光源の発振波長が405nm付近であった場合の化合物である。
また、レーザ光源の発振波長が780nm付近であった場合、660nm付近であった場合の好ましい化合物は、特開2008−252056号公報の段落〔0024〕〜〔0028〕に記載されている化合物が挙げられる。なお、本発明は、これらの化合物を用いた場合に限定されるものではない。
In the following, examples of compounds preferable as the organic layer are given in the case where the oscillation wavelength of the laser light source is around 405 nm. The compounds represented by the following III-1 to III-14 are compounds when the oscillation wavelength of the laser light source is around 405 nm.
In addition, when the oscillation wavelength of the laser light source is around 780 nm, preferred compounds in the case of around 660 nm include the compounds described in paragraphs [0024] to [0028] of JP-A-2008-252056. It is done. In addition, this invention is not limited to the case where these compounds are used.

また、特開平4−74690号公報、特開平8−127174号公報、特開平11−53758号公報、特開平11−334204号公報、特開平11−334205号公報、特開平11−334206号公報、特開平11−334207号公報、特開2000−43423号公報、特開2000−108513号公報、および特開2000−158818号公報等に記載されている色素も好適に用いられる。   JP-A-4-74690, JP-A-8-127174, JP-A-11-53758, JP-A-11-334204, JP-A-11-334205, JP-A-11-334206, The dyes described in JP-A-11-334207, JP-A-2000-43423, JP-A-2000-108513, JP-A-2000-158818, and the like are also preferably used.

このような色素型の有機層は、色素を、結合剤等と共に適当な溶剤に溶解して塗布液を調製し、次いで、この塗布液を、基板上に塗布して塗膜を形成した後、乾燥することにより形成できる。その際、塗布液を塗布する基板面の温度は、10〜40℃の範囲であることが好ましい。下限値は15℃以上であることがより好ましく、20℃以上であることが更に好ましく、23℃以上であることが特に好ましい。また、上限値としては、35℃以下であることがより好ましく、30℃以下であることが更に好ましく、27℃以下であることが特に好ましい。このように被塗布面温度が上記範囲にあると、塗布ムラや塗布故障の発生を防止し、塗膜の厚さを均一にすることができる。なお、上記の上限値及び下限値は、それぞれが任意で組み合わせることができる。
ここで、有機層は、単層でも重層でもよく、重層構造の場合、塗布工程を複数回行うことによって形成される。
Such a dye-type organic layer is prepared by dissolving a dye in a suitable solvent together with a binder or the like to prepare a coating solution, and then coating the coating solution on a substrate to form a coating film. It can be formed by drying. In that case, it is preferable that the temperature of the board | substrate surface which apply | coats a coating liquid is the range of 10-40 degreeC. The lower limit is more preferably 15 ° C. or higher, still more preferably 20 ° C. or higher, and particularly preferably 23 ° C. or higher. Moreover, as an upper limit, it is more preferable that it is 35 degrees C or less, It is still more preferable that it is 30 degrees C or less, It is especially preferable that it is 27 degrees C or less. Thus, when the coated surface temperature is within the above range, it is possible to prevent the occurrence of coating unevenness and coating failure and to make the thickness of the coating film uniform. Each of the upper limit value and the lower limit value can be arbitrarily combined.
Here, the organic layer may be a single layer or a multilayer. In the case of a multilayer structure, the organic layer is formed by performing the coating process a plurality of times.

塗布液中の色素の濃度は、有機溶媒に対して0.3〜30質量%で溶解することが好ましく、1〜20質量%で溶解することがより好ましく、テトラフルオロプロパノールに1〜20質量%以下で溶解することが特に好ましい。   The concentration of the dye in the coating solution is preferably 0.3 to 30% by mass with respect to the organic solvent, more preferably 1 to 20% by mass, and 1 to 20% by mass in tetrafluoropropanol. It is particularly preferred to dissolve in

塗布液の溶剤としては、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。例えば、酢酸ブチル、乳酸エチル、セロソルブアセテート等のエステル;メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトン等のケトン;ジクロルメタン、1,2−ジクロルエタン、クロロホルム等の塩素化炭化水素;ジメチルホルムアミド等のアミド;メチルシクロヘキサン等の炭化水素;テトラヒドロフラン、エチルエーテル、ジオキサン等のエーテル;エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノールジアセトンアルコール等のアルコール;2,2,3,3−テトラフルオロプロパノール等のフッ素系溶剤;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル類;などが挙げられる。これらの中でも、酢酸ブチル、乳酸エチル、セロソルブアセテート、メチルエチルケトン、イソプロパノール、2,2,3,3−テトラフルオロプロパノールが特に好ましい。
溶剤は使用する色素の溶解性を考慮して単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。塗布液中には、更に、酸化防止剤、UV吸収剤、可塑剤、潤滑剤等各種の添加剤を目的に応じて添加してもよい。
There is no restriction | limiting in particular as a solvent of a coating liquid, According to the objective, it can select suitably. For example, esters such as butyl acetate, ethyl lactate and cellosolve acetate; ketones such as methyl ethyl ketone, cyclohexanone and methyl isobutyl ketone; chlorinated hydrocarbons such as dichloromethane, 1,2-dichloroethane and chloroform; amides such as dimethylformamide; Hydrocarbons such as tetrahydrofuran, ethyl ether and dioxane; alcohols such as ethanol, n-propanol, isopropanol and n-butanol diacetone alcohol; fluorine-based solvents such as 2,2,3,3-tetrafluoropropanol; ethylene And glycol ethers such as glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, and propylene glycol monomethyl ether. Among these, butyl acetate, ethyl lactate, cellosolve acetate, methyl ethyl ketone, isopropanol, and 2,2,3,3-tetrafluoropropanol are particularly preferable.
Solvents can be used alone or in combination of two or more in consideration of the solubility of the dye used. In the coating solution, various additives such as an antioxidant, a UV absorber, a plasticizer, and a lubricant may be added according to the purpose.

塗布液が結合剤を含有する場合、結合剤としては、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。例えば、ゼラチン、セルロース誘導体、デキストラン、ロジン、ゴム等の天然有機高分子物質;ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリイソブチレン等の炭化水素系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル・ポリ酢酸ビニル共重合体等のビニル系樹脂、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル等のアクリル樹脂、ポリビニルアルコール、塩素化ポリエチレン、エポキシ樹脂、ブチラール樹脂、ゴム誘導体、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂等の熱硬化性樹脂の初期縮合物等の合成有機高分子;を挙げることができる。
有機層の材料として結合剤を併用する場合に、結合剤の使用量は、一般に色素に対して0.01倍量〜50倍量(質量比)が好ましく、0.1倍量〜5倍量(質量比)がより好ましい。
When the coating solution contains a binder, the binder is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, natural organic polymer materials such as gelatin, cellulose derivatives, dextran, rosin, rubber; hydrocarbon resins such as polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyisobutylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl chloride / polyvinyl acetate Of vinyl resins such as copolymers, acrylic resins such as polymethyl acrylate and polymethyl methacrylate, polyvinyl alcohol, chlorinated polyethylene, epoxy resins, butyral resins, rubber derivatives, and thermosetting resins such as phenol / formaldehyde resins And synthetic organic polymers such as initial condensates.
When a binder is used as a material for the organic layer, the amount of the binder used is generally preferably 0.01 to 50 times (mass ratio) with respect to the dye, and 0.1 to 5 times the amount. (Mass ratio) is more preferable.

また、有機層には、有機層の耐光性を向上させるために、種々の褪色防止剤を含有させることができる。
褪色防止剤としては、一般的に一重項酸素クエンチャーが用いられる。一重項酸素クエンチャーとしては、既に公知の特許明細書等の刊行物に記載のものを利用することができる。
その具体例としては、特開昭58−175693号公報、同59−81194号公報、同60−18387号公報、同60−19586号公報、同60−19587号公報、同60−35054号公報、同60−36190号公報、同60−36191号公報、同60−44554号公報、同60−44555号公報、同60−44389号公報、同60−44390号公報、同60−54892号公報、同60−47069号公報、同63−209995号公報、特開平4−25492号公報、特公平1−38680号公報、同6−26028号公報等の各公報、ドイツ特許350399号明細書、日本化学会誌1992年10月号第1141頁等に記載のものを挙げることができる。
一重項酸素クエンチャー等の褪色防止剤の使用量は、色素の量に対して、0.1〜50質量%の範囲が好ましく、0.5〜45質量%の範囲がより好ましく、3〜40質量%の範囲が更に好ましく、5〜25質量%の範囲が特に好ましい。
The organic layer can contain various anti-fading agents in order to improve the light resistance of the organic layer.
As the antifading agent, a singlet oxygen quencher is generally used. As the singlet oxygen quencher, those described in publications such as known patent specifications can be used.
Specific examples thereof include JP-A Nos. 58-175893, 59-81194, 60-18387, 60-19586, 60-19587, and 60-35054. 60-36190, 60-36191, 60-44554, 60-44555, 60-44389, 60-44390, 60-54892, JP-A-60-47069, JP-A-63-209995, JP-A-4-25492, JP-B-1-38680, JP-A-6-26028, etc., German Patent No. 350399, Journal of the Chemical Society of Japan Examples include those described in the October 1992 issue, page 1141 and the like.
The amount of the anti-fading agent such as a singlet oxygen quencher is preferably in the range of 0.1 to 50% by mass, more preferably in the range of 0.5 to 45% by mass, based on the amount of the dye, 3 to 40 The range of mass% is more preferable, and the range of 5 to 25 mass% is particularly preferable.

上記溶液の塗布方法としては、例えば、スプレー法、スピンコート法、ディップ法、ロールコート法、ブレードコート法、ドクターロール法、ドクターブレード法、スクリーン印刷法等を挙げることができる。なお、生産性に優れ、膜厚のコントロールが容易であるという点でスピンコート法を採用するのが好ましい。
色素は、熱分解温度が150℃以上500℃以下であることが好ましく、200℃以上400℃以下であることがより好ましい。
塗布の際、塗布液の温度は、23℃〜50℃であることが好ましく、24℃〜40℃であることがより好ましく、25℃〜30℃であることが更に好ましい。
Examples of the application method of the solution include a spray method, a spin coating method, a dip method, a roll coating method, a blade coating method, a doctor roll method, a doctor blade method, and a screen printing method. In addition, it is preferable to employ the spin coating method in terms of excellent productivity and easy control of the film thickness.
The dye preferably has a thermal decomposition temperature of 150 ° C. or higher and 500 ° C. or lower, and more preferably 200 ° C. or higher and 400 ° C. or lower.
During coating, the temperature of the coating solution is preferably 23 ° C to 50 ° C, more preferably 24 ° C to 40 ° C, and further preferably 25 ° C to 30 ° C.

以上、有機層の溶剤塗布法について述べたが、有機層は、蒸着、スパッタリング、CVD等の成膜法によって形成することもできる。   Although the organic layer solvent coating method has been described above, the organic layer can also be formed by a film forming method such as vapor deposition, sputtering, or CVD.

なお、色素は、凹部54の加工に用いるレーザ光の波長において、他の波長よりも光の吸収率が高いものが用いられる。
この色素の吸収ピークの波長は、必ずしも可視光の波長域内であるものに限定されず、紫外域や、赤外域にあるものであっても構わない。
In addition, the pigment | dye has a higher light absorption rate in the wavelength of the laser beam used for the process of the recessed part 54 than other wavelengths.
The wavelength of the absorption peak of the dye is not necessarily limited to that in the visible light wavelength range, and may be in the ultraviolet range or the infrared range.

レーザで凹部54を形成する波長λwは、λa<λwの関係であることが好ましい。このような関係にあれば、色素の光吸収量が適切で記録効率が高まるし、きれいな凹凸形状が形成できる場合がある。
なお、λaは色素材料の光の吸収のピーク波長、λwは凹部54を形成するときのレーザ光の波長を表す。
The wavelength λw for forming the recess 54 with the laser is preferably in a relationship of λa <λw. In such a relationship, the light absorption amount of the dye is appropriate, the recording efficiency is increased, and a clean uneven shape may be formed in some cases.
In addition, λa represents the peak wavelength of light absorption of the dye material, and λw represents the wavelength of the laser beam when the recess 54 is formed.

なお、凹部54を形成するためのレーザ光の波長λwは、大きなレーザパワーが得られる波長であればよく、例えば、有機層に色素を用いる場合は、193nm、210nm、266nm、365nm、405nm、488nm、532nm、633nm、650nm、680nm、780nm、830nmなど、1,000nm以下が好ましい。   Note that the wavelength λw of the laser light for forming the recess 54 may be a wavelength that provides a large laser power. For example, when a dye is used for the organic layer, 193 nm, 210 nm, 266 nm, 365 nm, 405 nm, 488 nm 1,000 nm or less is preferable, such as 532 nm, 633 nm, 650 nm, 680 nm, 780 nm, and 830 nm.

また、レーザ光の種類としては、ガスレーザ、固体レーザ、半導体レーザなど、どのようなレーザであってもよい。ただし、光学系を簡単にするために、固体レーザや半導体レーザを採用するのが好ましい。レーザ光は、連続光でもパルス光でもよいが、自在に発光間隔が変更可能なレーザ光を採用するのが好ましい。例えば、半導体レーザを採用するのが好ましい。レーザを直接オンオフ変調できない場合は、外部変調素子で変調するのが好ましい。   The laser beam may be any laser such as a gas laser, a solid laser, or a semiconductor laser. However, in order to simplify the optical system, it is preferable to employ a solid laser or a semiconductor laser. The laser light may be continuous light or pulsed light, but it is preferable to employ laser light whose emission interval can be freely changed. For example, it is preferable to employ a semiconductor laser. When the laser cannot be directly on / off modulated, it is preferable to modulate with an external modulation element.

また、レーザパワーは、加工速度を高めるためには高い方が好ましい。ただし、レーザパワーを高めるにつれ、スキャン速度(レーザ光で有機層を走査する速度)を上げなければならない。そのため、レーザパワーの上限値は、スキャン速度の上限値を考慮して、100Wが好ましく、10Wがより好ましく、5Wが更に好ましく、1Wが特に好ましい。また、レーザパワーの下限値は、0.1mWが好ましく、0.5mWがより好ましく、1mWが更に好ましい。   Further, the laser power is preferably higher in order to increase the processing speed. However, as the laser power is increased, the scanning speed (speed at which the organic layer is scanned with laser light) must be increased. Therefore, the upper limit value of the laser power is preferably 100 W in consideration of the upper limit value of the scanning speed, more preferably 10 W, still more preferably 5 W, and particularly preferably 1 W. The lower limit of the laser power is preferably 0.1 mW, more preferably 0.5 mW, and even more preferably 1 mW.

更に、レーザ光は、発信波長幅及びコヒーレンシが優れていて、波長並みのスポットサイズに絞ることができるような光であることが好ましい。また、凹部を適正に形成するための光パルス照射条件は、光ディスクで使われているようなストラテジを採用するのが好ましい。即ち、光ディスクで使われているような、記録速度や照射するレーザ光の波高値、パルス幅などの条件を採用するのが好ましい。   Further, the laser light is preferably light that has excellent transmission wavelength width and coherency, and can be narrowed down to a spot size equivalent to the wavelength. In addition, it is preferable to adopt a strategy such as that used in optical discs as the light pulse irradiation conditions for properly forming the recesses. That is, it is preferable to adopt conditions such as recording speed, the peak value of the irradiated laser beam, and the pulse width as used in an optical disc.

有機層上への上記レーザ光などの照射領域は、互いに平行に配列した線状の凹部54を有する有機層52が形成されるように、基板全域にわたってストライプ状に照射される。
上記手順により作製される凹部54の幅は、後述するエッチング処理工程でエッチングされる基板上の領域に合わせて適宜選択される。
The irradiation region of the above-mentioned laser beam or the like on the organic layer is irradiated in a stripe shape over the entire substrate so that an organic layer 52 having linear recesses 54 arranged in parallel to each other is formed.
The width of the recess 54 produced by the above procedure is appropriately selected according to the region on the substrate to be etched in the etching process described later.

有機層52の厚さは、後述する基板表面上に形成される凹部の深さに対応させるのがよい。
この厚みは、例えば、1nm〜10,000nmの範囲で適宜設定することができ、厚さの下限は、10nm以上が好ましく、30nm以上がより好ましい。厚さが薄すぎると、基板上の凹部が浅く形成されるため、得られるミクロ相分離構造の規則性が劣る場合がある。また、厚さの上限は、1,000nm以下が好ましく、500nm以下がより好ましい。厚さが厚すぎると、大きなレーザパワーが必要になるとともに、基板上に深い穴を形成することが困難になることがあり、更には、加工速度が低下することがある。
The thickness of the organic layer 52 is preferably made to correspond to the depth of a recess formed on the substrate surface described later.
This thickness can be appropriately set within a range of 1 nm to 10,000 nm, for example, and the lower limit of the thickness is preferably 10 nm or more, and more preferably 30 nm or more. If the thickness is too thin, the recesses on the substrate are formed shallow, and the regularity of the resulting microphase separation structure may be inferior. Further, the upper limit of the thickness is preferably 1,000 nm or less, and more preferably 500 nm or less. If the thickness is too thick, a large laser power is required, it may be difficult to form a deep hole on the substrate, and the processing speed may be reduced.

なお、凹部54が形成される原理は、以下の通りとなっている。
有機層に、材料の光吸収がある波長(材料で吸収される波長)のレーザ光を照射すると、有機層によってレーザ光が吸収され、この吸収された光が熱に変換され、光の照射部分の温度が上昇する。これにより、有機層が、軟化、液化、気化、昇華、分解などの化学または/および物理変化を起こす。そして、このような変化を起こした材料が移動または/および消失することで、凹部54が形成される。
The principle of forming the recess 54 is as follows.
When the organic layer is irradiated with laser light having a wavelength at which the material absorbs light (wavelength absorbed by the material), the laser light is absorbed by the organic layer, and the absorbed light is converted into heat. Temperature rises. As a result, the organic layer undergoes chemical or / and physical changes such as softening, liquefaction, vaporization, sublimation, and decomposition. And the recessed part 54 is formed when the material which caused such a change moves or / and lose | disappears.

また、軟化、液化、気化、昇華、分解などの化学および/または物理変化の転移温度は、その上限値が、2,000℃以下であることが好ましく、1,000℃以下であることがより好ましく、500℃以下であることが更に好ましい。転移温度が高すぎると、大きなレーザパワーが必要となることがある。また、転移温度の下限値は、50℃以上であることが好ましく、100℃以上であることがより好ましく、150℃以上であることが更に好ましい。転移温度が低すぎると、周囲との温度勾配が少ないため、明瞭な穴エッジ形状を形成することができなくなる場合がある。   Further, the transition temperature of chemical and / or physical changes such as softening, liquefaction, vaporization, sublimation, and decomposition has an upper limit value of preferably 2,000 ° C. or lower, more preferably 1,000 ° C. or lower. Preferably, it is 500 degrees C or less. If the transition temperature is too high, a large laser power may be required. Further, the lower limit of the transition temperature is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, and further preferably 150 ° C. or higher. If the transition temperature is too low, the temperature gradient with respect to the surroundings is small, so that it may not be possible to form a clear hole edge shape.

<エッチング処理工程>
エッチング処理工程は、上記光照射工程で得られた有機層を有する基板にドライエッチング処理を施し、基板上に残存した有機層を除去して、基板表面に互いに平行に配列した複数の線状の凹部を有する基板を製造する工程である。図8(b)に示すように、本工程を経ることにより連続した線状の凹部32aを有する基板30aが形成される。なお、ここでは凹部が湾曲部(円弧状)で形成された基板30aを例示しているが、本発明はこれに限定されるわけではない。
<Etching process>
In the etching process, the substrate having the organic layer obtained in the light irradiation process is subjected to a dry etching process, the organic layer remaining on the substrate is removed, and a plurality of linear arrays arranged in parallel to each other on the substrate surface This is a process for manufacturing a substrate having a recess. As shown in FIG. 8B, a substrate 30a having a continuous linear recess 32a is formed through this step. In addition, although the board | substrate 30a in which the recessed part was formed in the curved part (arc shape) is illustrated here, this invention is not necessarily limited to this.

エッチング条件としては、基板をエッチングできれば特に限定されず、基板の種類に応じて最適な処理が実施される。例えば、硫酸、硝酸、リン酸、フッ酸などの薬液で腐食を行うウェットエッチング、または、反応性イオンエッチングや反応性ガスエッチングなどのドライエッチングなどが挙げられる。なかでも、エッチング量の制御が容易という点から、ドライエッチングが好ましい。なお、エッチングガスは、基板に応じて適宜選択すればよく、CF4、NF3、SF6などのフッ素系、Cl2、BCl3などの塩素系のエッチングガスを用いて行うことができる。
エッチングの処理時間は、基板の用途などに応じて適宜調整することができるが、エッチング量の制御がよりし易い点で、5〜300秒が好ましく、10〜200秒がより好ましい。
The etching conditions are not particularly limited as long as the substrate can be etched, and optimum processing is performed according to the type of the substrate. For example, wet etching in which corrosion is performed with a chemical solution such as sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, or hydrofluoric acid, or dry etching such as reactive ion etching or reactive gas etching may be used. Among these, dry etching is preferable because the etching amount can be easily controlled. Note that the etching gas may be selected as appropriate depending on the substrate, and may be performed using a fluorine-based etching gas such as CF 4 , NF 3 , or SF 6 , or a chlorine-based etching gas such as Cl 2 or BCl 3 .
The etching processing time can be appropriately adjusted according to the use of the substrate, but is preferably 5 to 300 seconds, more preferably 10 to 200 seconds, in terms of easier control of the etching amount.

エッチング処理を施した後、基板上に残存した有機層を除去する。除去する方法は特に限定されず、残存した有機膜が溶解する溶媒で処理する方法やエッチングにより除去する方法などが挙げられる。   After the etching process, the organic layer remaining on the substrate is removed. The method of removing is not particularly limited, and examples thereof include a method of treating with a solvent in which the remaining organic film is dissolved and a method of removing by etching.

得られる線状の凹部を有する基板30aは、上記の定義の通りである。   The obtained substrate 30a having linear recesses is as defined above.

<膜形成工程>
膜形成工程では、上記除去工程で得られた基板上に、2種以上の互いに非相溶であるポリマー鎖が結合してなるブロック共重合体を含む溶液を塗布して、乾燥させ、シリンダー状またはラメラ状のミクロドメインが前記基板の厚み方向に配向しているミクロ相分離構造を有する高分子膜を製造する工程である。図8(c)に示すように、基板30aの凹部内に、ラメラ状のミクロドメインが基板の厚み方向に略並行(基板表面に対して垂直方向)に配向しているミクロ相分離構造を有する高分子膜14bが形成される。なお、ラメラ状のミクロドメインの代わりに、シリンダー状のミクロドメインが形成されていてもよい。
<Film formation process>
In the film formation step, a solution containing a block copolymer in which two or more incompatible polymer chains are bonded to each other is applied onto the substrate obtained in the above-described removal step, and dried to form a cylinder. Alternatively, it is a step of producing a polymer film having a microphase separation structure in which lamellar microdomains are oriented in the thickness direction of the substrate. As shown in FIG. 8 (c), a lamellar microdomain has a microphase separation structure in which the lamellar microdomain is oriented substantially parallel to the thickness direction of the substrate (perpendicular to the substrate surface) in the recess of the substrate 30a. A polymer film 14b is formed. Note that a cylindrical microdomain may be formed instead of the lamellar microdomain.

ブロック共重合体を含む溶液を作製する際に使用される溶媒は、ブロック共重合体が溶解すればよく、両者のポリマーの種類により適宜選択される。例えば、トルエン、クロロホルム、ジクロロメタン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、1、4−ジオキサン、アセトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、イソプロパノール、エタノール、メタノール、ヘキサン、オクタン、テトラデカン、シクロヘキサン、シクロヘキサンノン、酢酸、酢酸エチル、酢酸メチル、ピリジン、N−メチル−ピロリドン、水などが挙げられる。なかでも、トルエン、クロロホルム、ジクロロメタン、ジメチルホルムアミド、メチルエチルケトンが好ましい。
溶液中のブロック共重合体の濃度は、0.10〜20.0質量%が好ましく、0.25〜15.0質量%がより好ましい。上記範囲内であれば、塗布の際に取り扱いやすく、均一な膜が得られやすい。
The solvent used in preparing the solution containing the block copolymer may be appropriately selected depending on the types of both polymers, as long as the block copolymer is dissolved. For example, toluene, chloroform, dichloromethane, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, acetone, diethyl ketone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, isopropanol, ethanol, methanol, hexane, octane, tetradecane, cyclohexane, Examples include cyclohexanenone, acetic acid, ethyl acetate, methyl acetate, pyridine, N-methyl-pyrrolidone, and water. Of these, toluene, chloroform, dichloromethane, dimethylformamide, and methyl ethyl ketone are preferable.
The concentration of the block copolymer in the solution is preferably 0.10 to 20.0% by mass, and more preferably 0.25 to 15.0% by mass. If it is in the said range, it will be easy to handle at the time of application | coating, and a uniform film | membrane will be easy to be obtained.

上記溶液の基板上への塗布方法としては、特に限定されず、スピンコート法、溶媒キャスト法、浸漬コーティング法、ロールコート法、カーテンコート法、スライド法、エクストリュージョン法、バー法、グラビア法などの一般的な塗布方法を採用することができ、生産性などの観点から、スピンコート法が好ましく挙げられる。スピンコート法の条件は、使用するブロック共重合体などにより適宜選択される。塗布後に、必要に応じて、乾燥工程を設けてもよい。
溶媒を除去するための乾燥条件としては、適用される基板、および使用するブロック共重合体などに応じて適宜選択されるが、20〜200℃の温度で、0.5〜336時間の処理を行うことが好ましい。特に好ましい温度としては、20〜180℃が好ましく、さらに好ましくは、20〜160℃である。乾燥処理は数回に分けて行ってもよい。この乾燥処理は、窒素雰囲気下、低濃度酸素下または大気圧10トール以下で行うことが特に好ましい。
The method for applying the solution onto the substrate is not particularly limited, and is a spin coating method, a solvent casting method, a dip coating method, a roll coating method, a curtain coating method, a slide method, an extrusion method, a bar method, a gravure method. A general coating method such as the above can be employed, and a spin coating method is preferred from the viewpoint of productivity. The conditions for the spin coating method are appropriately selected depending on the block copolymer used. You may provide a drying process after application | coating as needed.
The drying conditions for removing the solvent are appropriately selected according to the substrate to be applied, the block copolymer to be used, etc., but the treatment is carried out at a temperature of 20 to 200 ° C. for 0.5 to 336 hours. Preferably it is done. A particularly preferable temperature is preferably 20 to 180 ° C, and more preferably 20 to 160 ° C. The drying process may be performed in several steps. This drying treatment is particularly preferably performed under a nitrogen atmosphere, under low-concentration oxygen, or at atmospheric pressure of 10 torr or less.

膜形成工程終了後、必要に応じて、膜形成工程で得られた構造体(積層体)を加熱する処理(加熱工程)を施してもよい。加熱温度および時間は、使用するブロック共重合体および層厚に応じて適宜設定するが、一般的には、ブロック共重合体のガラス転移温度以上で加熱を行う。加熱温度は通常、60〜300℃で可能であるが、ブロック共重合体を構成するモノマー単位のガラス転移温度を考慮すると80〜270℃が好ましい。加熱時間は1分以上が適当であり、好ましくは10〜1440分である。また、加熱によるブロック共重合体膜の酸化劣化を防ぐため、不活性雰囲気または真空中で加熱を行うことが好ましい。   After the film formation step, a process (heating step) for heating the structure (laminated body) obtained in the film formation step may be performed as necessary. The heating temperature and time are appropriately set according to the block copolymer to be used and the layer thickness. In general, heating is performed at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature of the block copolymer. The heating temperature is usually 60 to 300 ° C., but 80 to 270 ° C. is preferable in consideration of the glass transition temperature of the monomer units constituting the block copolymer. The heating time is suitably 1 minute or longer, preferably 10 to 1440 minutes. In order to prevent oxidative deterioration of the block copolymer film due to heating, it is preferable to perform heating in an inert atmosphere or vacuum.

膜形成工程終了後、必要に応じて、膜形成工程で得られた構造体(積層体)を有機溶剤の蒸気雰囲気中にさらす処理(溶媒処理工程)を行ってもよい。使用する有機溶剤としては、使用されているブロック共重合体により適宜選択されるが、ベンゼン、トルエン、キシレン、アセトン、メチルエチルケトン、クロロホルム、メチレンクロライド、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ヘキサン、オクタン、メタノール、エタノール、酢酸、酢酸エチル、ジエチルエーテル、二硫化炭素、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどが挙げられる。トルエン、キシレン、アセトン、メチルエチルケトン、クロロホルム、テトラヒドロフラン、ジオキサンが好ましく、トルエン、メチルエチルケトン、クロロホルム、ジオキサンがより好ましい。   After completion of the film formation process, a treatment (solvent treatment process) in which the structure (laminated body) obtained in the film formation process is exposed to a vapor atmosphere of an organic solvent may be performed as necessary. The organic solvent to be used is appropriately selected depending on the block copolymer used, but benzene, toluene, xylene, acetone, methyl ethyl ketone, chloroform, methylene chloride, tetrahydrofuran, dioxane, hexane, octane, methanol, ethanol, acetic acid. , Ethyl acetate, diethyl ether, carbon disulfide, dimethylformamide, dimethylacetamide and the like. Toluene, xylene, acetone, methyl ethyl ketone, chloroform, tetrahydrofuran, and dioxane are preferable, and toluene, methyl ethyl ketone, chloroform, and dioxane are more preferable.

本発明においては、所定の線状の凹部を有する基板を使用することにより、ミクロドメインが基板の厚み方向に配向したミクロ相分離構造を有する高分子膜を容易に製造することができる。従来技術においては、基板上に所定の表面層などを作製する必要があったが、本願においては特にそのような中間層を設ける必要は特にない。そのためコスト面で優れると共に、ロール トゥ ロール(Roll to Roll)方式などのより簡易な製造プロセスにも適用でき、その工業的な価値は非常に高い。
また、例えば、高分子膜がラメラ状相分離構造を有する場合は、ラメラ状相が基板の線状の凹部が伸びる方向と平行に互いに隣接して配列する。このように本発明においては、基板の厚み方向のみならず、基板の水平方向におけるミクロドメインの配向制御を行うことができる。
In the present invention, a polymer film having a microphase separation structure in which microdomains are oriented in the thickness direction of the substrate can be easily produced by using a substrate having a predetermined linear recess. In the prior art, it is necessary to produce a predetermined surface layer or the like on the substrate. However, in the present application, it is not particularly necessary to provide such an intermediate layer. Therefore, it is excellent in cost and can be applied to a simpler manufacturing process such as a roll-to-roll method, and its industrial value is very high.
For example, when the polymer film has a lamellar phase separation structure, the lamellar phases are arranged adjacent to each other in parallel with the direction in which the linear recesses of the substrate extend. Thus, in the present invention, it is possible to control the orientation of microdomains not only in the thickness direction of the substrate but also in the horizontal direction of the substrate.

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.

以下の実施例において原子間力顕微鏡(AFM)観察は、セイコーインスツルメンツ製のSPA−400で実施し、後述する表面粗さなどを測定した。走査透過電子顕微鏡(STEM)観察は、日立ハイテク製のHD−2300で実施した。   In the following examples, atomic force microscope (AFM) observation was performed with SPA-400 manufactured by Seiko Instruments, and surface roughness and the like described later were measured. Scanning transmission electron microscope (STEM) observation was carried out with HD-2300 manufactured by Hitachi High-Tech.

<実施例1>
シリコンウエハを用い、該シリコンウエハ上に、下記構造式で表されるオキソノール有機物45mgを、2,2,3,3−テトラフルオロ−1−プロパノール1mlに溶解した溶液を、スピンコーターを用いて回転数300rpmで塗布し、その後回転数1,000rpmで乾燥させ、厚さ220nmの有機層を形成した。
<Example 1>
Using a silicon wafer, a solution obtained by dissolving 45 mg of an oxonol organic compound represented by the following structural formula in 1 ml of 2,2,3,3-tetrafluoro-1-propanol was rotated on the silicon wafer using a spin coater. It was applied at several 300 rpm, and then dried at 1,000 rpm to form an organic layer having a thickness of 220 nm.

次に、基板上の有機層に、NEO1000(パルステック工業株式会社製)にて、5m/s、5mWにて幅500nmのストライプ状に、レーザ照射を行った。これにより、表面に線状の凹部が形成された有機層を有する基板が得られた。
次に、得られた有機層を有する基板をRIEドライエッチング装置にてエッチング処理した。処理条件としては、エッチングガス:SF、出力:150W、エッチング時間:32秒であった。処理後に、得られたサンプルをトルエンに浸漬し超音波洗浄を行うことで、有機層を除去して、表面上に凹部を有する基板を作製した。
図9に表面に凹部が形成された基板の電子顕微鏡写真を示す。線状の凹部の断面形状は湾曲線(円弧状)により形成されており、凹部の深さは120nm、開口部の幅は約500nm、隣接する凹部の中心間の最短距離(ピッチ)は500nmであった。凹部の内面(湾曲部の任意の点における接線)と基準面となる基板表面とのなす角は0〜50°であり、凹部の曲率半径は330nmであった。凹部の湾曲部を水平面に垂直投影した投影面積Aと、凹部全体を水平面に垂直投影した投影面積Bとの関係[(A/B)×100]は、100%であった。
Next, laser irradiation was performed on the organic layer on the substrate in a stripe shape having a width of 500 nm at 5 m / s and 5 mW using NEO1000 (manufactured by Pulstec Industrial Co., Ltd.). Thereby, the board | substrate which has an organic layer in which the linear recessed part was formed in the surface was obtained.
Next, the obtained substrate having an organic layer was etched with an RIE dry etching apparatus. The processing conditions were: etching gas: SF 6 , output: 150 W, etching time: 32 seconds. After the treatment, the obtained sample was immersed in toluene and subjected to ultrasonic cleaning, whereby the organic layer was removed and a substrate having a recess on the surface was produced.
FIG. 9 shows an electron micrograph of the substrate having a recess formed on the surface. The cross-sectional shape of the linear recess is formed by a curved line (arc shape), the depth of the recess is 120 nm, the width of the opening is about 500 nm, and the shortest distance (pitch) between the centers of adjacent recesses is 500 nm. there were. The angle formed between the inner surface of the concave portion (tangent at an arbitrary point of the curved portion) and the substrate surface serving as the reference surface was 0 to 50 °, and the curvature radius of the concave portion was 330 nm. The relationship [(A / B) × 100] between the projection area A obtained by vertically projecting the curved portion of the concave portion on the horizontal plane and the projected area B obtained by projecting the entire concave portion perpendicularly on the horizontal plane was 100%.

次に、上記基板上に、PS-b-PMMA(Mw(PS)=37,000、Mw(PMMA)=37,000)(Polymer Source社)1.0wt%トルエン溶液をスピンコート(1500rpm、30秒)した。スピンコート後、真空乾燥機にて200℃、5時間アニールすることで、高分子膜(基板凹部の最底部から高分子膜表面部までの厚み100nm)を作製した。これを試料Aとする。試料Aの表面AFM像を図10に示す。図10および層厚方向の構造を観察したTEM観察より、高分子膜でラメラ状ミクロドメインが基板の厚み方向に配向した垂直ラメラ状相分離構造が形成されていることが確認された。   Next, PS-b-PMMA (Mw (PS) = 37,000, Mw (PMMA) = 37,000) (Polymer Source) 1.0 wt% toluene solution was spin-coated (1500 rpm, 30) on the substrate. Second). After spin coating, the polymer film (100 nm thickness from the bottom of the substrate recess to the surface of the polymer film) was produced by annealing at 200 ° C. for 5 hours in a vacuum dryer. This is designated as sample A. A surface AFM image of Sample A is shown in FIG. 10 and TEM observation of the structure in the layer thickness direction confirmed that a vertical lamellar phase separation structure in which lamellar microdomains were oriented in the thickness direction of the substrate was formed in the polymer film.

10a、10b 積層体
12、30a、30b、30c、30d 凹部を有する基板
14a、14b 高分子膜
20 連続相
22 シリンダー状ミクロドメイン
24 ラメラ相(ポリマーA鎖)
26 ラメラ相(ポリマーB鎖)
32a、32b 線状の凹部
34 表面
36 湾曲部
38 傾斜部
40 底面部
50 基板
52 有機層
54 凹部(有機層中)
10a, 10b Laminates 12, 30a, 30b, 30c, 30d Substrates 14a, 14b having recesses Polymer film 20 Continuous phase 22 Cylindrical microdomain 24 Lamellar phase (polymer A chain)
26 Lamella phase (polymer B chain)
32a, 32b Linear concave part 34 Surface 36 Curved part 38 Inclined part 40 Bottom part 50 Substrate 52 Organic layer 54 Concave part (in organic layer)

Claims (10)

一の表面に、前記表面を基準として互いに平行に配列した複数の線状の凹部を有する基板と、前記基板上に形成されるシリンダー状またはラメラ状のミクロドメインを含むミクロ相分離構造を有する高分子膜とを備える積層体であって、
前記線状の凹部の断面形状において、凹部は深さ方向に凸状の傾斜部または湾曲部を有し、
前記凹部の内面と基準面である前記基板表面とのなす角度が90°未満であり、
前記シリンダー状またはラメラ状のミクロドメインが前記基板の厚み方向に配向していることを特徴とする積層体。
A substrate having a plurality of linear recesses arranged in parallel to each other on the basis of the surface and a microphase separation structure including a cylindrical or lamellar microdomain formed on the substrate. A laminate comprising a molecular film,
In the cross-sectional shape of the linear recess, the recess has a sloped or curved portion that is convex in the depth direction,
An angle formed between the inner surface of the recess and the substrate surface as a reference surface is less than 90 °,
A laminate having the cylindrical or lamellar microdomains oriented in the thickness direction of the substrate.
前記線状の凹部の断面形状において、前記凹部の幅が、前記基板の表面から前記凹部の最深部へ向かって小さくなる請求項1に記載の積層体。   The laminate according to claim 1, wherein in the cross-sectional shape of the linear recess, the width of the recess decreases from the surface of the substrate toward the deepest portion of the recess. 前記線状の凹部の断面形状において、凹部が凸状の湾曲部から形成される、請求項1または2に記載の積層体。   The laminated body according to claim 1 or 2, wherein in the cross-sectional shape of the linear concave portion, the concave portion is formed from a convex curved portion. 前記凹部の底部から高分子膜表面までの厚さTが、前記凹部の深さをhとしたとき、以下の関係を満たす請求項1〜3のいずれかに記載の積層体。
T≦1.2×h 式(1)
The laminate according to any one of claims 1 to 3, wherein the thickness T from the bottom of the recess to the surface of the polymer film satisfies the following relationship when the depth of the recess is h.
T ≦ 1.2 × h Formula (1)
前記線状の凹部の深さhが20nm〜1000nmである、請求項1〜4のいずれかに記載の積層体。   The laminated body in any one of Claims 1-4 whose depth h of the said linear recessed part is 20 nm-1000 nm. 前記線状の凹部の開口部の幅Wが20nm〜1000nmである、請求項1〜5のいずれかに記載の積層体。   The laminated body in any one of Claims 1-5 whose width W of the opening part of the said linear recessed part is 20 nm-1000 nm. 前記基板が、基板上にヒートモードの形状変化が可能な有機層を設け、前記有機層に集光した光を照射して照射部の有機層を除去し、さらに残存した有機層をマスクとして用い前記基板にエッチング処理を施し、その後、残存した有機層を除去することによって製造される基板である請求項1〜6のいずれかに記載の積層体。   The substrate is provided with an organic layer capable of changing the shape of the heat mode on the substrate, and the organic layer in the irradiated portion is removed by irradiating the condensed light on the organic layer, and the remaining organic layer is used as a mask. The laminate according to any one of claims 1 to 6, which is a substrate manufactured by subjecting the substrate to an etching treatment and then removing the remaining organic layer. 基板上に、ヒートモードの形状変化が可能な有機層を設け、前記有機層に集光した光をストライプ状に照射して、照射部の有機層を除去する工程と、
残存した有機層をマスクとして用い、前記基板にエッチング処理を施し、その後、基板上に残存した有機層を除去することにより、基板表面を基準として互いに平行に配列した複数の線状の凹部を有し、前記線状の凹部の断面形状において、凹部は深さ方向に凸状の傾斜部または湾曲部を有し、前記凹部の内面と基準面である前記表面とのなす角度が90°未満である基板を製造する工程と、
得られた基板上に、2種以上の互いに非相溶であるポリマー鎖が結合してなるブロック共重合体を含む溶液を塗布して、乾燥させ、シリンダー状またはラメラ状のミクロドメインが前記基板の厚み方向に配向しているミクロ相分離構造を有する高分子膜を製造する工程とを備える、高分子膜を備える積層体の製造方法。
A step of providing an organic layer capable of changing the shape of the heat mode on the substrate, irradiating the condensed light on the organic layer in a stripe shape, and removing the organic layer of the irradiation part;
Using the remaining organic layer as a mask, the substrate is etched, and then the organic layer remaining on the substrate is removed to thereby have a plurality of linear recesses arranged parallel to each other with respect to the substrate surface. In the cross-sectional shape of the linear concave portion, the concave portion has a convex inclined portion or a curved portion in the depth direction, and an angle formed between the inner surface of the concave portion and the surface that is a reference surface is less than 90 °. Manufacturing a substrate;
A solution containing a block copolymer in which two or more kinds of incompatible polymer chains are bonded to each other is applied to the obtained substrate and dried to form a cylindrical or lamellar microdomain on the substrate. The manufacturing method of a laminated body provided with a polymer film provided with the process of manufacturing the polymer film which has the micro phase-separation structure orientated in the thickness direction of this.
前記線状の凹部の断面形状において、前記凹部の幅が、前記基板の表面から前記凹部の最深部へ向かって小さくなる、請求項8に記載の高分子膜の製造方法。   The method for producing a polymer film according to claim 8, wherein in the cross-sectional shape of the linear recess, the width of the recess decreases from the surface of the substrate toward the deepest portion of the recess. 前記線状の凹部の断面形状において、凹部が凸状の湾曲部から形成される、請求項8または9に記載の高分子膜を備える積層体の製造方法。   The manufacturing method of a laminated body provided with the polymer film of Claim 8 or 9 with which a recessed part is formed from a convex curved part in the cross-sectional shape of the said linear recessed part.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015044981A (en) * 2013-07-25 2015-03-12 アルケマ フランス Process for controlling period characterizing morphology obtained from blend of block copolymer and of (co)polymer of one of blocks
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