JP2010285686A - Metal structural body-containing polymer film, method for manufacturing metal structural body-containing polymer film, and method for manufacturing patterned structural body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属構造体含有高分子膜、金属構造体含有高分子膜の製造方法、パターン構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a metal structure-containing polymer film, a method for producing a metal structure-containing polymer film, and a method for producing a pattern structure.
特許文献1および特許文献2では、光記録媒体の用途として、互いに非相溶性のポリマー鎖が結合したブロック共重合体により形成されたミクロ相分離構造を有し、ミクロ相分離構造のうちの一方の相に金属超微粒子が含有された有機薄膜が記載されている。
In
また、非特許文献1では、互いに非相溶性のポリマー鎖が結合したブロック共重合体により形成されたミクロ相分離構造を有し、ミクロ相分離構造の一方の相に酸化オスミウムを含有させた膜と基板とからなる構造体を、前記相をマスクとしてエッチングしてパターンを形成する方法が記載されている。
Further, in
しかしながら、非特許文献1に記載のパターン形成方法では、ミクロ相分離構造を形成する、ポリスチレン相とポリブタジエンに酸化オスミウムを含有させた相とのエッチング速度の差が小さいため、得られるパターン構造体のアスペクト比は小さくなってしまうという問題がある。
However, in the pattern forming method described in
そこで、本発明では、より高アスペクト比のパターン構造体を製造するためのパターン構造体の製造方法、前記パターン構造体を製造する際に用いることができる金属構造体含有高分子膜およびその製造方法を提供する。 Therefore, in the present invention, a manufacturing method of a pattern structure for manufacturing a pattern structure with a higher aspect ratio, a metal structure-containing polymer film that can be used when manufacturing the pattern structure, and a manufacturing method thereof I will provide a.
本発明の第一は、イオン伝導性セグメントと非イオン伝導性セグメントとを有するブロック共重合体からなり、イオン伝導性ドメインと非イオン伝導性ドメインからなるミクロ相分離構造を有する高分子膜と、前記イオン伝導性ドメインに局在する金属構造体と、からなることを特徴とする金属構造体含有高分子膜である。 The first of the present invention comprises a block copolymer having an ion conductive segment and a non-ion conductive segment, a polymer membrane having a microphase separation structure comprising an ion conductive domain and a non-ion conductive domain, A metal structure-containing polymer film comprising a metal structure localized in the ion conductive domain.
本発明の第二は、イオン伝導性セグメントと非イオン伝導性セグメントとを有するブロック共重合体からなり、イオン伝導性ドメインと非イオン伝導性ドメインとからなるミクロ相分離構造を有する高分子膜を用意する工程と、
前記イオン伝導性ドメインに金属構造体を局在化させて析出する工程と、
を有することを特徴とする金属構造体含有高分子膜の製造方法である。
The second aspect of the present invention is a polymer membrane comprising a block copolymer having an ion conductive segment and a non-ion conductive segment, and having a microphase separation structure comprising an ion conductive domain and a non-ion conductive domain. A process to prepare;
Localizing and depositing a metal structure in the ion conductive domain;
It is a manufacturing method of the metal structure containing polymer film characterized by having.
本発明の第三は、本発明の第二によって得られる金属構造体含有高分子膜と該金属構造体含有高分子膜とからなる複合体を用意する工程と、
前記金属構造体をマスクとして前記基材をエッチングする工程と、
を有するパターン構造体の製造方法である。
The third aspect of the present invention is a step of preparing a composite comprising the metal structure-containing polymer film obtained by the second of the present invention and the metal structure-containing polymer film;
Etching the substrate using the metal structure as a mask;
It is a manufacturing method of the pattern structure which has this.
本発明によれば、微細なパターンを有するパターン構造体を製造できるパターン構造体の製造方法、前記パターン構造体を製造する際に用いることができる金属構造体含有高分子膜およびその製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the pattern structure which can manufacture the pattern structure which has a fine pattern, the metal structure containing polymer film which can be used when manufacturing the said pattern structure, and its manufacturing method are provided. can do.
本発明の第一は、イオン伝導性セグメントと非イオン伝導性セグメントとを有するブロック共重合体からなり、イオン伝導性ドメインと非イオン伝導性ドメインからなるミクロ相分離構造を有する高分子膜と、前記イオン伝導性ドメインに局在する金属構造体と、からなることを特徴とする金属構造体含有高分子膜である。 The first of the present invention comprises a block copolymer having an ion conductive segment and a non-ion conductive segment, a polymer membrane having a microphase separation structure comprising an ion conductive domain and a non-ion conductive domain, A metal structure-containing polymer film comprising a metal structure localized in the ion conductive domain.
図1は、本発明の第一の金属構造体含有高分子膜の一例を膜の厚さ方向に平行に切断した際の断面を示す模式図であり、1が金属構造体含有高分子膜、2がミクロ相分離構造を有する高分子膜、3が金属構造体、4がイオン伝導性ドメイン、5が非イオン伝導性ドメインを示している。 FIG. 1 is a schematic view showing a cross section when an example of the first metal structure-containing polymer film of the present invention is cut in parallel to the thickness direction of the film, wherein 1 is a metal structure-containing polymer film, 2 is a polymer film having a microphase separation structure, 3 is a metal structure, 4 is an ion conductive domain, and 5 is a non-ion conductive domain.
以下、本発明の第一を構成する部分について説明する。 Hereafter, the part which comprises the 1st of this invention is demonstrated.
2は、イオン伝導性ドメインと非イオン伝導性ドメインとからなるミクロ相分離構造を有する高分子膜である。
高分子膜2のミクロ相分離構造としては、図1に示すような高分子膜2の厚さ方向を長さ方向とするシリンダー部とマトリクス部とからなるシリンダー構造であっても良い。また、高分子膜2の膜面に平行な方向を長さ方向とするシリンダー部とマトリクス部とからなるシリンダー構造であっても良い。さらに、共連続構造であっても良く、ラメラ構造であっても良い。そして、それらの構造を形成する相の一方がイオン伝導性ドメインであり、他方が非イオン伝導性ドメインである。これらの中でも、高分子膜2は、図1のような高分子膜2の厚さ方向を長さ方向とするシリンダー部とマトリクス部とからなるシリンダー構造であることが好ましい。
The microphase separation structure of the
このようなミクロ相分離構造の大きさとしては、1−50nmであることが好ましい。ここで、ミクロ相分離構造の大きさは、例えば、ミクロ相分離構造がシリンダー構造である場合には一つのシリンダーと該シリンダーに最も近いシリンダーとの距離を示し、海島構造である場合には一つの島と該島に最も近い島との距離を示し、ラメラ構造である場合には一つの層と該層と同じセグメントで形成される最も近い層との距離を示す。 The size of such a microphase separation structure is preferably 1-50 nm. Here, the size of the microphase separation structure indicates, for example, the distance between one cylinder and the cylinder closest to the cylinder when the microphase separation structure is a cylinder structure, and is one when the structure is a sea-island structure. The distance between one island and the island closest to the island is indicated. In the case of a lamellar structure, the distance between one layer and the closest layer formed by the same segment as the layer is indicated.
また、ミクロ相分離構造を有する高分子膜2は、図2に示すようなイオン伝導性セグメントA7と非イオン伝導性セグメントB8からなるブロック共重合体6で構成される。異なるブロック共重合体間では、イオン伝導性セグメントA7同士、非イオン伝導性セグメントB8同士が相互作用する。これにより、高分子膜2が有するイオン伝導性ドメインおよび非イオン伝導性ドメインが形成され、ミクロ相分離構造が形成される。ブロック共重合体は、異種ポリマー鎖の連結によって形成されているため、それぞれのポリマー鎖の広がりより大きな相分離構造を作りにくい。これにより、1nmから50nm程度の周期的な自己組織化構造であるミクロ相分離構造が形成される。なお、イオン伝導性ドメインと非イオン伝導性ドメインのイオン伝導率の比(イオン伝導性ドメイン/非イオン伝導性ドメイン)は、10以上であることが好ましく、より好ましくは100以上である。
The
また、ブロック共重合体を形成するイオン伝導性セグメントAは、イオン交換基を有することが好ましい。イオン交換基としては、金属イオンを伝導するという観点から酸性基であることが好ましい。このような酸性基の例としては、スルホン酸、カルボン酸、リン酸、ホスホン酸、亜ホスホン酸などを挙げることができる。これらの中でもスルホン酸は、合成上の容易性、高い酸解離度の観点から好ましい。また、これらのポリマーには、1種類のイオン交換基が含まれていてもよく、あるいは、2種以上のイオン交換基が含まれていても良い。 Moreover, it is preferable that the ion conductive segment A which forms a block copolymer has an ion exchange group. The ion exchange group is preferably an acidic group from the viewpoint of conducting metal ions. Examples of such acidic groups include sulfonic acid, carboxylic acid, phosphoric acid, phosphonic acid, phosphonous acid and the like. Among these, sulfonic acid is preferable from the viewpoint of ease of synthesis and high degree of acid dissociation. These polymers may contain one type of ion exchange group or two or more types of ion exchange groups.
イオン伝導性セグメントAを構成する単量体の例としては、ジエン単量体またはオレフィン系単量体にイオン交換基が付加したものが好ましい。より具体的には、イオン交換基(またはその塩)を含有する、スチレン、(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミド、ブタジエン、イソプレン、エチレン、プロピレンなどが挙げられる。さらに、高分子膜の膜強度、寸法安定性、酸解離度、の向上や、より明確な相分離構造を形成する為に、これらの単量体にフッ素を導入したものを用いてもよい。 As an example of the monomer constituting the ion conductive segment A, a diene monomer or an olefin monomer added with an ion exchange group is preferable. More specifically, styrene, (meth) acrylate, (meth) acrylamide, butadiene, isoprene, ethylene, propylene and the like containing an ion exchange group (or a salt thereof) are exemplified. Further, in order to improve the film strength, dimensional stability, acid dissociation degree of the polymer film, and to form a clearer phase separation structure, those monomers introduced with fluorine may be used.
非イオン伝導性セグメントBは、イオン伝導性セグメントAと結合し、ミクロ相分離構造を形成することができるものであれば良い。 The non-ion conductive segment B only needs to be capable of binding to the ion conductive segment A and forming a microphase separation structure.
このような非イオン伝導性セグメントBを構成する単量体の例としては、アクリル酸エステル、メタアクリル酸エステル、スチレンおよびその誘導体、共役ジエン、ビニルエステル化合物などの単量体から合成される重合体が挙げられる。より具体的には、スチレン、スチレンのα−、o−、m−、p−アルキル、アルコキシル、ハロゲン、ハロアルキル、ニトロ、シアノ、アミド、エステル置換体;
2,4−ジメチルスチレン、パラジメチルアミノスチレン、ビニルベンジルクロライド、ビニルベンズアルデヒド、インデン、1−メチルインデン、アセナフタレン、ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、ビニルカルバゾール、2−ビニルピリジン、4−ビニルピリジン、2−ビニルフルオレン等の重合性不飽和芳香族化合物;
メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレートなどのアルキル(メタ)アクリレート類;
クロトン酸メチル、クロトン酸エチル、ケイ皮酸メチル、ケイ皮酸エチルなどの不飽和モノカルボン酸エステル類;トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、ペンタフルオロプロピル(メタ)アクリレート、ヘプタフルオロブチル(メタ)アクリレートなどのフルオロアルキル(メタ)アクリレート類;
トリメチルシロキサニルジメチルシリルプロピル(メタ)アクリレート、トリス(トリメチルシロキサニル)シリルプロピル(メタ)アクリレート、ジ(メタ)アクリロイルプロピルジメチルシリルエーテルなどのシロキサニル化合物類;
2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートなどのヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート類;ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、t−ブチルアミノエチル(メタ)アクリレートなどのアミン含有(メタ)アクリレート類;
クロトン酸2−ヒドロキシエチル、クロトン酸2−ヒドロキシプロピル、ケイ皮酸2−ヒドロキシプロピルなどの不飽和カルボン酸のヒドロキシアルキルエステル類;(メタ)アリルアルコールなどの不飽和アルコール類;
(メタ)アクリル酸、クロトン酸、ケイ皮酸などの不飽和(モノ)カルボン酸類;(メタ)アクリル酸グリシジル、α−エチルアクリル酸グリシジル、α−n−プロピルアクリル酸グリシジル、α−n−ブチルアクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸−3,4−エポキシブチル、(メタ)アクリル酸−6,7−エポキシヘプチル、α−エチルアクリル酸−6,7−エポキシヘプチル、o−ビニルベンジルグリシジルエーテル、m−ビニルベンジルグリシジルエーテル、p−ビニルベンジルグリシジルエーテル、(メタ)アクリル酸−β−メチルグリシジル、(メタ)アクリル酸−β−エチルグリシジル、(メタ)アクリル酸−β−プロピルグリシジル、α−エチルアクリル酸−β−メチルグリシジル、(メタ)アクリル酸−3−メチル−3,4−エポキシブチル、(メタ)アクリル酸−3−エチル−3,4−エポキシブチル、(メタ)アクリル酸−4−メチル−4,5−エポキシペンチル、(メタ)アクリル酸−5−メチル−5,6−エポキシヘキシル、(メタ)アクリル酸−β−メチルグリシジル、(メタ)アクリル酸−3−メチル−3,4−エポキシブチルなどのエポキシ基含有(メタ)アクリル酸エステル類;およびこれらのモノ、ジエステル類;
N−メチルマレイミド、N−ブチルマレイミド、N−フェニルマレイミド、N−o−メチルフェニルマレイミド、N−m−メチルフェニルマレイミド、N−p−メチルフェニルマレイミド、N−o−ヒドロキシフェニルマレイミド、N−m−ヒドロキシフェニルマレイミド、N−p−ヒドロキシフェニルマレイミド、N−メトキシフェニルマレイミド、N−m−メトキシフェニルマレイミド、N−p−メトキシフェニルマレイミド、N−o−クロロフェニルマレイミド、N−m−クロロフェニルマレイミド、N−p−クロロフェニルマレイミド、N−o−カルボキシフェニルマレイミド、N−p−カルボキシフェニルマレイミド、N−p−ニトロフェニルマレイミド、N−エチルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−イソプロピルマレイミドなどのマレイミド類や(メタ)アクリロニトリル、塩化ビニルなどが挙げられる。
Examples of monomers constituting such a non-ion conductive segment B include heavy polymers synthesized from monomers such as acrylic acid esters, methacrylic acid esters, styrene and derivatives thereof, conjugated dienes, and vinyl ester compounds. Coalescence is mentioned. More specifically, styrene, α-, o-, m-, p-alkyl, alkoxyl, halogen, haloalkyl, nitro, cyano, amide, ester-substituted product of styrene;
2,4-dimethylstyrene, paradimethylaminostyrene, vinylbenzyl chloride, vinylbenzaldehyde, indene, 1-methylindene, acenaphthalene, vinylnaphthalene, vinylanthracene, vinylcarbazole, 2-vinylpyridine, 4-vinylpyridine, 2- Polymerizable unsaturated aromatic compounds such as vinyl fluorene;
Alkyl (meth) acrylates such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl acrylate, n-butyl acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate;
Unsaturated monocarboxylic acid esters such as methyl crotonate, ethyl crotonate, methyl cinnamate, ethyl cinnamate; trifluoroethyl (meth) acrylate, pentafluoropropyl (meth) acrylate, heptafluorobutyl (meth) acrylate Fluoroalkyl (meth) acrylates such as;
Siloxanyl compounds such as trimethylsiloxanyldimethylsilylpropyl (meth) acrylate, tris (trimethylsiloxanyl) silylpropyl (meth) acrylate, di (meth) acryloylpropyldimethylsilyl ether;
Hydroxyalkyl (meth) acrylates such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl (meth) acrylate; dimethylaminoethyl (meth) acrylate, diethylaminoethyl (meth) acrylate , Amine-containing (meth) acrylates such as t-butylaminoethyl (meth) acrylate;
Hydroxyalkyl esters of unsaturated carboxylic acids such as 2-hydroxyethyl crotonic acid, 2-hydroxypropyl crotonic acid, 2-hydroxypropyl cinnamate; unsaturated alcohols such as (meth) allyl alcohol;
Unsaturated (mono) carboxylic acids such as (meth) acrylic acid, crotonic acid and cinnamic acid; glycidyl (meth) acrylate, glycidyl α-ethyl acrylate, glycidyl α-n-propyl acrylate, α-n-butyl Glycidyl acrylate, (meth) acrylic acid-3,4-epoxybutyl, (meth) acrylic acid-6,7-epoxyheptyl, α-ethylacrylic acid-6,7-epoxyheptyl, o-vinylbenzylglycidyl ether, m-vinyl benzyl glycidyl ether, p-vinyl benzyl glycidyl ether, (meth) acrylic acid-β-methyl glycidyl, (meth) acrylic acid-β-ethyl glycidyl, (meth) acrylic acid-β-propyl glycidyl, α-ethyl Acrylic acid-β-methylglycidyl, (meth) acrylic acid-3-methyl-3,4 Epoxybutyl, (meth) acrylic acid-3-ethyl-3,4-epoxybutyl, (meth) acrylic acid-4-methyl-4,5-epoxypentyl, (meth) acrylic acid-5-methyl-5,6 -Epoxy hexyl, (meth) acrylic acid-β-methylglycidyl, (meth) acrylic acid-3-methyl-3,4-epoxybutyl-containing (meth) acrylic acid esters; and mono and diesters thereof Kind;
N-methylmaleimide, N-butylmaleimide, N-phenylmaleimide, N-o-methylphenylmaleimide, Nm-methylphenylmaleimide, Np-methylphenylmaleimide, N-o-hydroxyphenylmaleimide, Nm -Hydroxyphenylmaleimide, Np-hydroxyphenylmaleimide, N-methoxyphenylmaleimide, Nm-methoxyphenylmaleimide, Np-methoxyphenylmaleimide, N-o-chlorophenylmaleimide, Nm-chlorophenylmaleimide, N -P-chlorophenylmaleimide, N-o-carboxyphenylmaleimide, Np-carboxyphenylmaleimide, Np-nitrophenylmaleimide, N-ethylmaleimide, N-cyclohexylmaleimide, N-isopropyl Maleimides and (meth) acrylonitrile, such as maleimide, and vinyl chloride.
なお、図2では、高分子膜2を構成するブロック共重合体として、イオン伝導性セグメントA7と、非イオン伝導性セグメントB8からなる共重合体であるA−Bジブロック共重合体を記載したが、A−Bジブロック共重合体の一方のセグメント(ポリマー鎖)の末端に別のセグメント(ポリマー)Xが連結したA−B−X型、或いはB−A−X型のブロック共重合体であっても構わない。このような場合、Xは、セグメントA、Bとは異なるセグメント(ポリマー)Cであっても良く、セグメントA、Bとは異なるセグメントCとセグメントDのジブロック共重合体であっても良い。また、XがセグメントAもしくはセグメントBであり、ブロック共重合体がA−B−A型、或いはB−A−B型のブロック共重合体となっても良い。なお、上記A−B−A型或いはB−A−B型ブロック共重合体は、A−B型ジブロック共重合体より膜の力学強度が強いため好ましい。
In FIG. 2, as a block copolymer constituting the
また、高分子膜2を構成するブロック共重合体は、一つの化学結合点に対して複数の異種ポリマーが連結したスターブロックコポリマー、1本のポリマー鎖の側鎖に複数の異種ポリマーが連結したグラフトコポリマーであっても良い。さらに、ブロック共重合体鎖に沿ってセグメントAの単量体およびセグメントBの単量体の組成が連続的に変化するグラジエントコポリマーであっても構わない。
The block copolymer constituting the
高分子膜2を構成するブロック共重合体の分子量は、ミクロ相分離構造が形成される分子量であれば良いが、分子量が高いほど高分子膜の膜強度が高くなるため、数平均分子量が10,000以上であることが望ましい。
The molecular weight of the block copolymer constituting the
ブロック共重合体中の各セグメントの組成比は、イオン伝導性セグメントAが球状ドメインを形成する等、イオン伝導性ドメインの連続性が極端に損なわれない限りにおいて、特に限定されるものではない。 The composition ratio of each segment in the block copolymer is not particularly limited as long as the continuity of the ion conductive domain is not extremely impaired, for example, the ion conductive segment A forms a spherical domain.
金属構造体3は、いずれの金属を主成分としても良いが、調製容易性の観点からNi,Ag,Sn,Cu,Zn,Cr,Au,Co,Feのいずれかの元素を主成分とすることが好ましい。金属構造体3はいずれの形状をなしていても良いが、金属構造体3は、高分子膜2の主面に垂直な方向の長さが高分子膜の主面に水平な方向の長さよりも長いことが好ましい。ここで、高分子膜の主面とは高分子膜が有する面のうちの最も面積が大きい面のことを示す。また、たとえば本発明の第一の金属構造体含有高分子膜を異方性導電フィルムとして用いる場合には、金属構造体3は、少なくともその一部が、前記高分子膜の少なくとも一方の主面の表面に位置しており、表面に位置していない部分も、その表面に位置している部分から連続していることが好ましい。
The
少なくとも一方の主面の表面に位置していることが好ましい理由は以下のように説明できる。たとえば、表面において金属に特有の性質(たとえば、高い導電性、伝熱性)のコンタクトを取る場合に、金属構造体の一部が表面に位置していれば、少ない阻害要因でコンタクトを取ることができる。例としては、金属構造体の一部が表面に位置していれば、金属構造体がポリマーの中に埋没している場合と比較して、ポリマーに起因する抵抗成分の影響を受けることなく接点を取ることができることがあげられる。また、表面に位置していない部分も、その表面に位置している部分から連続していることが好ましい理由は以下のように説明できる。たとえば、金属構造体を通じて金属に特有の性質(たとえば、高い導電性、伝熱性)を発揮させたい場合に、金属構造体が連続していれば、少ない阻害要因でその性質を発揮させることができる。例としては、金属構造体が連続している場合には、金属構造体が断絶しており、断絶された構造体のそれぞれが他の物質(たとえば分散剤等の有機物)に覆われている場合と比較して、他の物質に起因する抵抗成分の影響を受けることなく通電することができることがあげられる。この金属構造体の一部が表面に位置していることは、外観観察、顕微鏡観察等で容易に確認することができる。また、金属構造体が連続していることは、断面観察、断面の顕微鏡観察等で確認することができる。また、少なくともその一部が、前記高分子膜の少なくとも一方の主面の表面に位置しており、表面に位置していない部分も、その表面に位置している部分から連続している金属構造体の形成方法の例としては、一方の主面を導電体と接触させて、金属イオン含有電解質から、電解めっきで金属を析出させる方法が挙げられる。この場合、金属は、導電体から与えられる電子を通じて、その導電体の表面に析出されるために、必然的に主面の表面に位置することになる。また、表面に位置していない部分も、導電体から与えられる電子を通じて析出した金属から電子を与えられてその析出した金属の表面に析出する(それ以外には、電子の供与源がない)ために必然的に連続して形成されることになる。 The reason why it is preferable to be located on the surface of at least one main surface can be explained as follows. For example, when making contact with a metal-specific property (for example, high conductivity, heat transfer) on the surface, if a part of the metal structure is located on the surface, the contact can be made with less obstructive factors. it can. For example, if a part of the metal structure is located on the surface, the contact point is not affected by the resistance component caused by the polymer as compared with the case where the metal structure is buried in the polymer. Can be taken. Moreover, the reason why it is preferable that the portion not located on the surface is continuous from the portion located on the surface can be explained as follows. For example, when it is desired to exhibit a property specific to a metal (for example, high conductivity, heat conductivity) through the metal structure, if the metal structure is continuous, the property can be exerted with few obstruction factors. . As an example, when the metal structure is continuous, the metal structure is disconnected, and each of the disconnected structures is covered with another substance (for example, an organic substance such as a dispersant). Compared to the above, it can be energized without being affected by resistance components caused by other substances. That a part of this metal structure is located on the surface can be easily confirmed by external observation, microscopic observation, or the like. Moreover, it can confirm that a metal structure is continuing by cross-sectional observation, cross-sectional microscope observation, etc. In addition, a metal structure in which at least a part thereof is located on the surface of at least one main surface of the polymer film, and a portion that is not located on the surface is continuous from a portion located on the surface An example of the body forming method is a method in which one main surface is brought into contact with a conductor, and a metal is deposited by electrolytic plating from a metal ion-containing electrolyte. In this case, since the metal is deposited on the surface of the conductor through electrons provided from the conductor, the metal is necessarily positioned on the surface of the main surface. In addition, since the portion not located on the surface is also given electrons from the deposited metal through the electrons given from the conductor and is deposited on the surface of the deposited metal (there is no other electron source) Inevitably, it is formed continuously.
なお、「金属構造体3は高分子膜の少なくとも一方の主面に接触している」という概念は、金属構造体3が高分子膜の2つの主面に接触しているという概念を含むことは言うまでもない。
The concept that “the
また、金属構造体3がイオン伝導性ドメイン4に局在するとは、金属構造体3が高分子膜2の表面および非イオン伝導性ドメイン5に存在していても良いが、大部分の金属構造体がイオン伝導性ドメイン4の内部に存在しているという意味である。なお、大部分とは、高分子膜2の内部または表面に存在する全金属構造体の8割以上のことを示す。
In addition, the
特許文献1には、ミクロ相分離構造を形成するブロック共重合体の一方の分離層のみに分散剤で保護された金属超微粒子を含有した有機薄膜が開示されている。以下に本発明と特許文献1との差異について記載する。
構成としては、以下の2点が挙げられる。
1.この有機薄膜に含まれる金属は、金属超微粒子であり、金属構造体とはいい難いこと。
2.有機薄膜に含まれる金属微粒子は、分散剤で保護されており、連続体ではないこと。
The configuration includes the following two points.
1. The metal contained in this organic thin film is a metal ultrafine particle, and it is difficult to say that it is a metal structure.
2. The metal fine particles contained in the organic thin film must be protected by a dispersant and not a continuum.
上記の構成から生じる効果としては以下の点が挙げられる。
1.有機薄膜に含まれる金属は、分散剤に保護された金属超微粒子であるために、上述したように金属に特有の性質を発揮させたい場合に、その金属微粒子間に阻害要因が存在する。これに対し、本発明においては、このましい構成として、金属構造体が連続体であることによって、この阻害要因の影響を受けることなく、その性質を発揮することができる。
The following points can be cited as effects resulting from the above configuration.
1. Since the metal contained in the organic thin film is a metal ultrafine particle protected by a dispersing agent, there is an inhibitory factor between the metal fine particles when it is desired to exert a characteristic characteristic of the metal as described above. On the other hand, in the present invention, since the metal structure is a continuum as a preferable configuration, the properties can be exhibited without being affected by the inhibition factor.
次に、本発明の第二について説明する。
本発明の第二は、
(i)イオン伝導性セグメントと非イオン伝導性セグメントとを有するブロック共重合体からなり、イオン伝導性ドメインと非イオン伝導性ドメインとからなるミクロ相分離構造を有する高分子膜を用意する工程と、
(ii)前記イオン伝導性ドメインに金属構造体を局在化させて析出する工程と、
を有することを特徴とする金属構造体含有高分子膜の製造方法である。
Next, the second aspect of the present invention will be described.
The second of the present invention is
(I) a step of preparing a polymer film having a microphase separation structure composed of a block copolymer having an ion conductive segment and a non-ion conductive segment and having an ion conductive domain and a non-ion conductive domain; ,
(Ii) a step of localizing and depositing a metal structure on the ion conductive domain;
It is a manufacturing method of the metal structure containing polymer film characterized by having.
以下、各工程について説明する。
(i)の工程について
(i)の工程では、イオン伝導性セグメントAと非イオン伝導性セグメントBとを有するブロック共重合体からなり、イオン伝導性ドメインと非イオン伝導性ドメインとからなるミクロ相分離構造を有する高分子膜を用意する。
Hereinafter, each step will be described.
Step (i) In step (i), a microphase comprising a block copolymer having an ion conductive segment A and a non-ion conductive segment B, and comprising an ion conductive domain and a non-ion conductive domain. A polymer membrane having a separation structure is prepared.
イオン伝導性ドメインと非イオン伝導性ドメインとからなるミクロ相分離構造を有する高分子膜を用意する方法としては、例えば、イオン伝導性セグメントAと非イオン伝導性セグメントBとを有するブロック共重合体を含む溶液を基板の表面に塗布し溶媒を蒸発させて高分子膜を形成する方法や、ブロック共重合体の溶融体を押出成形機あるいは射出成形機を用いて一方向に押出すなどの方法を用いることができる。 Examples of a method for preparing a polymer film having a microphase separation structure composed of an ion conductive domain and a non-ion conductive domain include a block copolymer having an ion conductive segment A and a non-ion conductive segment B. A method of forming a polymer film by applying a solution containing a solution on the surface of a substrate and evaporating the solvent, or a method of extruding a block copolymer melt in one direction using an extrusion molding machine or an injection molding machine Can be used.
前者の方法を用いる場合、基板の表面にイオン伝導性セグメントAと非イオン伝導性セグメントBからなるブロック共重合体を含む溶液を塗布する方法としては、バーコート法、グラビアコート法、スピンコート法、ディップコート法、ロールコート法、スプレー法、キャスト法などの塗布手段を用いることができる。 In the case of using the former method, a bar coating method, a gravure coating method, a spin coating method can be used as a method for applying a solution containing a block copolymer composed of an ion conductive segment A and a non-ion conductive segment B to the surface of a substrate. Application means such as a dip coating method, a roll coating method, a spray method, and a casting method can be used.
その際、イオン伝導性セグメントAと非イオン伝導性セグメントBからなるブロック共重合体を含む溶液に用いる溶媒としては、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、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、プロピレングリコールモノエチルエーテル、メタノール、エタノール、プロパノール等を用いることができる。また、前述の溶媒を2種類以上混合した混合溶媒を用いてもよい。 In that case, as a solvent used for the solution containing the block copolymer consisting of the ion conductive segment A and the non-ion conductive segment B, for example, N, N-dimethylformamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidone ( NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO), γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, dichloromethane, chloroform, 1,2-dichloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl Ether, propylene glycol monoethyl ether, methanol, ethanol, propanol and the like can be used. Moreover, you may use the mixed solvent which mixed 2 or more types of the above-mentioned solvent.
混合溶媒を用いて製膜する場合、製膜する際に、乾燥空気、窒素、アルゴン等、水分のない条件下で、混合溶媒の混合比を精密に制御することによって、ブロック共重合体のモルフォロジーの制御が容易となり、ミクロ相分離構造が形成されやすくなる。このような場合、ブロック共重合体からなる溶液中の水分子は可能な限り除去することが好ましい。 When forming a film using a mixed solvent, the morphology of the block copolymer can be controlled by precisely controlling the mixing ratio of the mixed solvent under dry conditions such as dry air, nitrogen and argon. Is easily controlled, and a microphase separation structure is easily formed. In such a case, it is preferable to remove as many water molecules as possible in the solution comprising the block copolymer.
なお、イオン伝導性セグメントAがリッチな(イオン伝導性セグメントAの体積分率が非イオン伝導性セグメントBの体積分率より高い)体積組成である場合は、イオン伝導性セグメントAがマトリクス相を形成しない溶媒を選択することが好ましい。 When the ion conductive segment A has a rich volume composition (the volume fraction of the ion conductive segment A is higher than the volume fraction of the non-ion conductive segment B), the ion conductive segment A has a matrix phase. It is preferred to select a solvent that does not form.
また、ブロック共重合体からなる溶液には、ブロック共重合体以外の成分が添加されていても良い。例えば、ブロック共重合体を構成するポリマー鎖と同じ成分のホモポリマーや、可塑剤、酸化防止剤、ラジカル捕捉剤、光安定剤、色素、架橋剤、各種触媒などの添加剤が添加されていても良い。 In addition, components other than the block copolymer may be added to the solution made of the block copolymer. For example, additives such as homopolymers of the same component as the polymer chain constituting the block copolymer, plasticizers, antioxidants, radical scavengers, light stabilizers, dyes, cross-linking agents, and various catalysts are added. Also good.
後者の方法を用いる場合、押出時にブロック共重合体の溶融体がせん断応力の影響を受けることで、押出方向にシリンダー構造が配向したミクロ相分離構造とすることができる。その後、得られた膜を押し出し方向に垂直に切削して高分子膜を得ても良い。 In the case of using the latter method, the melt of the block copolymer is affected by the shear stress at the time of extrusion, whereby a microphase separation structure in which the cylinder structure is oriented in the extrusion direction can be obtained. Thereafter, the obtained film may be cut perpendicularly to the extrusion direction to obtain a polymer film.
いずれの方法を用いる場合であっても、製膜後は加熱を行っても良い。加熱することで、より秩序性の高いミクロ相分離構造に転移させることができる。また、加熱する際に、さらに外場を加えることにより、より配向性の良いミクロ相分離構造とすることが可能である。ここで、外場とは、電場、磁場、シェアなどのことを指す。また、加熱温度は、ブロック共重合体のガラス転移温度以上の温度であることが好ましいが、外場を加える場合はガラス転移温度以下の温度であっても良い。 Regardless of which method is used, heating may be performed after film formation. By heating, it can be transferred to a more ordered microphase separation structure. In addition, by applying an external field when heating, it is possible to obtain a microphase separation structure with better orientation. Here, the external field means an electric field, a magnetic field, a share, and the like. The heating temperature is preferably a temperature not lower than the glass transition temperature of the block copolymer, but may be a temperature not higher than the glass transition temperature when an external field is applied.
なお、高分子膜のミクロ相分離構造は、透過型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡等で確認することができる。 The microphase separation structure of the polymer membrane can be confirmed with a transmission electron microscope, an atomic force microscope, or the like.
(ii)の工程について
(ii)の工程では、イオン伝導性ドメインに金属構造体を局在化させて析出する。
Step (ii) In the step (ii), the metal structure is localized in the ion conductive domain and deposited.
イオン伝導性ドメインに金属構造体を局在化させて析出する方法としては、例えば、(i)で得られる高分子膜のイオン伝導性ドメインにめっきを行う方法などが挙げられる。 Examples of the method for localizing and depositing the metal structure on the ion conductive domain include a method of plating the ion conductive domain of the polymer film obtained in (i).
めっきの種類としては、電解めっき、無電解めっき、置換めっきなどが挙げられる。それらの中でも、析出する金属構造体の種類の選択範囲が広い点、電荷量で膜厚を制御可能な点から電解めっきを用いることが好ましい。 Examples of the type of plating include electrolytic plating, electroless plating, displacement plating and the like. Among them, it is preferable to use electrolytic plating from the viewpoint that the selection range of the type of metal structure to be deposited is wide and the film thickness can be controlled by the amount of charge.
電解めっきの具体的な方法としては、作用電極の表面に(i)で得られた高分子膜を形成し、高分子膜と金属イオンからなる溶液とを接触させ、金属の元素を含む電極を対電極として用い、作用電極に定電位、定電圧、定電流、パルス等を印加する方法などが挙げられる。それらの中でも作用電極には、容易に金属構造体の厚さを制御できるため、定電流電解を印加することが好ましい。このような方法により、金属イオンを含む溶液中の金属イオンが高分子膜のイオン伝導性ドメインに移動し還元されて金属構造体となる。この際に、金属イオンは、(イオンであるために)イオン導電性ドメインと通じて供給され、非イオン導電性ドメインを通じてはほとんど供給されない。その結果、析出金属は、イオンの供給ルートであるイオン導電性ドメインに沿って成長し、最終的にイオン導電性ドメインに金属構造体が局在化した金属構造体含有高分子膜を形成することになる。作用電極としては金属イオンを含む溶液中で腐食されず、電気を通すものであれば使用することができる。例えば、貴金属、Ni,Sn,Cu,Zn,Cr,Fe、およびそれらの合金、カーボン、不純物をドープした半導体、ITOなどの導電性金属酸化物などを用いることが可能である。なお、(i)の工程で、ブロック共重合体を含む溶液を基板の表面に塗布する場合に基板として、作用電極を用いることで、得られた高分子膜を移動させずに金属構造体含有高分子膜を得ることができる。また、対電極としては、金属構造体を形成する金属を含む電極を用いることが好ましい。これは、金属イオンを含む溶液に、外部から金属イオンを供給する作業が発生する頻度が少なくなるためである。なお、高分子膜中の好ましい金属イオンの濃度としては、0.5M以下0.001M以上、さらに好ましくは、0.1M以下0.01M以上である。また高分子膜の好ましい電流密度の例としては、100mAcm−2以下0.1mAcm−2以上、さらに好ましくは、30mAcm−2以下1mAcm−2以上である。金属イオン強度および電流密度がこれらの範囲にあることで、均一なめっきを行いやすくなる。 As a specific method of electrolytic plating, the polymer film obtained in (i) is formed on the surface of the working electrode, the polymer film is brought into contact with a solution made of metal ions, and an electrode containing a metal element is formed. Examples thereof include a method in which a constant potential, a constant voltage, a constant current, a pulse, and the like are applied to the working electrode as a counter electrode. Among them, it is preferable to apply constant current electrolysis to the working electrode because the thickness of the metal structure can be easily controlled. By such a method, the metal ion in the solution containing the metal ion moves to the ion conductive domain of the polymer film and is reduced to form a metal structure. At this time, metal ions are supplied through the ion conductive domain (because they are ions) and are hardly supplied through the non-ion conductive domain. As a result, the deposited metal grows along the ion conductive domain, which is the ion supply route, and finally forms a metal structure-containing polymer film in which the metal structure is localized in the ion conductive domain. become. The working electrode can be used as long as it does not corrode in a solution containing metal ions and conducts electricity. For example, noble metals, Ni, Sn, Cu, Zn, Cr, Fe, and alloys thereof, carbon, semiconductors doped with impurities, conductive metal oxides such as ITO, and the like can be used. In addition, when applying the solution containing the block copolymer to the surface of the substrate in the step (i), using the working electrode as the substrate, the obtained polymer film is contained without moving the polymer film. A polymer membrane can be obtained. Moreover, as a counter electrode, it is preferable to use the electrode containing the metal which forms a metal structure. This is because the frequency of the work of supplying metal ions from the outside to the solution containing metal ions is reduced. The preferred metal ion concentration in the polymer film is 0.5M or less and 0.001M or more, and more preferably 0.1M or less and 0.01M or more. Moreover, as an example of the preferable current density of a polymer film, it is 100 mAcm -2 or less and 0.1 mAcm -2 or more, More preferably, it is 30 mAcm -2 or less and 1 mAcm -2 or more. When the metal ion strength and the current density are within these ranges, uniform plating is facilitated.
また、電解めっきを行う際には、これらに加えて参照電極を用いてもよい。参照電極を用いることで、電位制御電解を行うことができ、電流制御電解を行う場合にも電位をモニタできるといったメリットがある。 Moreover, when performing electroplating, you may use a reference electrode in addition to these. By using the reference electrode, potential control electrolysis can be performed, and there is an advantage that the potential can be monitored even when current control electrolysis is performed.
さらに、高分子膜と作用電極との間に空隙が存在すると、空隙に金属構造体が形成される可能性が高まるため、空隙が存在しないことが好ましい。作用電極と高分子膜との間の空隙を低減させる方法としては、例えば、作用電極の表面に高分子膜を形成した後に高分子膜に外部から圧力を加える方法などが挙げられる。 Furthermore, when there is a gap between the polymer film and the working electrode, the possibility that a metal structure is formed in the gap is increased. Examples of a method for reducing the gap between the working electrode and the polymer film include a method in which a polymer film is formed on the surface of the working electrode and then pressure is applied to the polymer film from the outside.
無電解めっきを行う方法としては、例えば、電極もしくは高分子膜の電極もしくは高分子膜と接触する面に、金属が析出する際の反応点を付与する前処理を行うことなどにより行うことができる。前処理を行うことにより、金属構造体をイオン伝導性ドメイン内の表面近傍の領域に局在化させることが可能となる。前処理の方法としては、パラジウムなどの無電解析出反応の触媒となる物質を付与する方法などが挙げられる。また、触媒となる物質を付与する方法の例としては、ディップコーティング、スクリーンプリント、スパッタリングなどの方法が挙げられる。 As a method of performing electroless plating, for example, it can be performed by performing a pretreatment that gives a reaction point when a metal is deposited on a surface of an electrode or a polymer film that contacts the electrode or polymer film. . By performing the pretreatment, the metal structure can be localized in a region near the surface in the ion conductive domain. Examples of the pretreatment method include a method of providing a substance that becomes a catalyst for an electroless deposition reaction such as palladium. In addition, examples of a method for applying a substance serving as a catalyst include methods such as dip coating, screen printing, and sputtering.
置換めっきを行う方法としては、例えば、以下のような方法を用いることができる。まず、高分子膜の表面に、ニッケル、鉄、シリコンなどの比較的イオン化傾向の大きい元素をスパッタ、めっき、印刷、ディップコート、バーコートなどの方法により付与するもしくは高分子膜とこれらの元素からなる電極とを接触させるなどの方法により、高分子膜の表面にこれらの元素を存在させる。次に、これらの元素が表面に存在する高分子膜と、金、銅などの比較的イオン化傾向の小さな元素のイオンを含む溶液とを接触させる。これにより、比較的イオン化傾向の大きな元素と比較的イオン化傾向の小さな元素のイオンが置換し、比較的イオン化傾向の大きな元素がイオンに比較的イオン化傾向の小さな元素のイオンが元素となる。置換めっきを用いた場合、イオン伝導性ドメインに厚さの薄い金属構造体を形成しやすい。 As a method for performing displacement plating, for example, the following method can be used. First, an element having a relatively high ionization tendency, such as nickel, iron, or silicon, is applied to the surface of the polymer film by a method such as sputtering, plating, printing, dip coating, or bar coating, or from the polymer film and these elements. These elements are made to exist on the surface of the polymer film by a method such as contacting with an electrode. Next, a polymer film having these elements on the surface is brought into contact with a solution containing ions of elements having a relatively small ionization tendency such as gold and copper. Thereby, an element having a relatively high ionization tendency and an ion of an element having a relatively low ionization tendency are replaced, and an element having a relatively high ionization tendency becomes an ion and an ion having an element having a relatively low ionization tendency becomes an element. When displacement plating is used, it is easy to form a thin metal structure in the ion conductive domain.
なお、いずれのめっき方法を用いる場合であっても、高分子膜と接触させる金属イオンを含む溶液には、必要に応じて添加剤を加えるができる。添加剤としては、例えば、支持塩、界面活性剤、緩衝剤、キレート剤、光沢剤などが挙げられる。 In addition, even if it is a case where any plating method is used, an additive can be added to the solution containing the metal ion made to contact with a polymer film as needed. Examples of the additive include a supporting salt, a surfactant, a buffering agent, a chelating agent, and a brightening agent.
また、いずれのめっき方法を用いる場合であっても、高分子膜が有するイオン伝導性ドメインには、電極と接触している面から金属構造体が析出するため、金属構造体がイオン伝導性ドメイン内の表面近傍から成長していく。 In addition, regardless of which plating method is used, the metal structure is deposited on the ion conductive domain of the polymer film from the surface in contact with the electrode. It grows from near the inner surface.
なお、形成された金属構造体は、簡便には、外観を目視で観察することにより確認することができる。より詳細には、電子顕微鏡、とくに走査型電子顕微鏡を用いて金属構造体含有高分子膜の表面、断面を観察することによって確認することができる。このとき、金属構造体含有高分子膜の高分子膜を溶解可能な溶媒に浸漬すること、金属構造体含有高分子膜を焼成すること等によって、表面、断面の金属構造体を露出、観察しやすくすることができる。また、金属構造体が高分子膜内に含まれていることの確認は、エネルギー分散型蛍光X線分析装置や、金属構造体含有高分子膜を分解しての誘導結合プラズマ分光法などにより行うことができる。 In addition, the formed metal structure can be simply confirmed by visually observing the appearance. More specifically, it can be confirmed by observing the surface and cross section of the metal structure-containing polymer film using an electron microscope, particularly a scanning electron microscope. At this time, the surface and cross-sectional metal structures are exposed and observed by immersing the polymer film of the metal structure-containing polymer film in a solvent that can be dissolved, baking the metal structure-containing polymer film, etc. It can be made easier. Confirmation that the metal structure is contained in the polymer film is performed by an energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer or inductively coupled plasma spectroscopy by decomposing the metal structure-containing polymer film. be able to.
なお、得られた金属構造体含有高分子膜を電極から剥離する場合には、容易に剥離を行うための剥離フィルムを予め電極表面に形成しておいても良い。そのような場合、得られた金属構造体含有高分子膜の表面には剥離フィルムが残存していることもある。 In addition, when peeling the obtained metal structure containing polymer film from an electrode, you may form the peeling film in order to peel easily on the electrode surface previously. In such a case, a release film may remain on the surface of the obtained metal structure-containing polymer film.
特許文献2には、ミクロ相分離構造を形成する、ブロックポリマーの一方の相を分解、溶出処理することで微細空孔を形成し、その後に金属微粒子をめっき法により析出させることを特徴とする複合体の製造方法について開示している。
以下に本発明と特許文献2の差異について記載する。
1.特許文献2の工程では、ブロックポリマーの一方の相を分解、溶出させることで空孔を形成し、その空孔に金属微粒子を析出させることになる。すなわち、金属微粒子が析出されるのは、ポリマーが除かれた空間である。これに対して、本発明では、イオン伝導性ドメインと非イオン伝導性ドメインからなるミクロ相分離構造を有する高分子膜のイオン導電性ドメインに金属が析出される。
2.本発明の工程は、特許文献2の工程と比較して、ブロックポリマーの一方の相を分解、溶出させることで空孔を形成する工程を別途必要としない。(特許文献2には、この工程の例としては、高分子膜の一方の相を酸化分解、濃酸洗浄等の工程が挙げられている。)そのために、工程が少ないことによる工程コストの低減、高分子のミクロ相分離構造の劣化を招く(まったく劣化しないということはありえない)工程が不要なことにより、ミクロ相分離構造の劣化が抑制される。このことは、たとえば、このミクロ相分離構造体から調製した金属構造体をマスクとしてパターン構造体を形成する場合には、マスク形状が劣化していないために、構造体パターンの鮮明化、端部形状の明確化といった優位点をあたえる。
The difference between the present invention and
1. In the process of
2. Compared with the process of
次に、本発明の第三について説明する。
本発明の第三は、
(I)本発明の第二によって得られた金属構造体含有高分子膜と該金属構造体含有工分子膜と接触する基材とからなる複合体を用意する工程と、
(II)前記金属構造体をマスクとして前記基材をエッチングする工程と、
を有することを特徴とするパターン構造体の製造方法である。
Next, the third aspect of the present invention will be described.
The third aspect of the present invention is
(I) preparing a composite comprising a metal structure-containing polymer film obtained by the second of the present invention and a base material in contact with the metal structure-containing engineered film;
(II) etching the base material using the metal structure as a mask;
It is a manufacturing method of the pattern structure characterized by having.
図3は、本発明の第三の一例を説明する模式図であり、工程(I)が図3(a)〜(b)に示されており、工程(II)が図3(b)〜(c)に示されている。 FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a third example of the present invention, in which step (I) is shown in FIGS. 3 (a) to 3 (b), and step (II) is shown in FIGS. It is shown in (c).
工程(I)では、パターンを形成する対象となる基材9と、該基材9に接触し本発明の第二によって得られた金属構造体含有高分子膜1とからなる複合体を用意する(図3(a)〜(b))。パターンを形成する対象となる基材9を構成する材料としては、Si、GaAs、InP等の半導体、ガラス、石英、窒化ホウ素などの誘電体、炭素などが挙げられる。また、基材が複数の層からなり、最表面以外の層がこれらの材料からなり、最表面の層が高分子、スピン・オン・グラス、金属、酸化物、窒化物、磁性体などからなる層であっても良い。なお、本発明の第二の(ii)の工程でめっきを用いる場合であって、めっきを行う際に使用する電極を、パターンを形成する対象である基材として用いる場合には、本発明の第二を行うことで工程(I)は達成される。しかしながら、めっきを行う際に使用する電極と基材が異なるものである場合には、本発明の第二の後に金属構造体含有高分子膜と基材とを接触させる。
In step (I), a composite comprising a base material 9 to be a pattern formation target and a metal structure-containing
工程(II)では、金属構造体含有高分子膜1の金属構造体3をマスクとして基材9をエッチングし、金属構造体3が表面に存在するパターン構造体10を得る(図3(c))。
In step (II), the base material 9 is etched using the
なお、図3(b)〜(c)では、金属構造体含有高分子膜1のイオン伝導性ドメイン4と非イオン伝導性ドメイン5を除去すると同時に、基材9をエッチングするよう表現されている。しかしながら、図4のように、金属構造体含有高分子膜1と基材9とからなる複合体を用意し(図4(B))、金属構造体含有高分子膜1を構成する高分子膜2のイオン伝導性ドメイン4と非イオン伝導性ドメイン5を除去した後に(図4(C))、基材9のエッチングを行う(図4(D))という方法を用いても良い。なお、図4(C)の工程では、高分子膜2のイオン伝導性ドメイン4と非イオン伝導性ドメイン5をともに除去する場合を想定して記載しているが、非イオン伝導性ドメインが除去されていれば、イオン伝導性ドメイン4は残存していても構わない。
3B to 3C, the base material 9 is etched at the same time that the ion
前者の方法を用いる場合、エッチング方法としては、ドライエッチングを用いることができる。この際のエッチングガスの例としては、Ar、O2、CF4、H2、C2F6、CHF3、CH2F2、CF3Br、N2、NF3、Cl2、CCl4、HBr、SF6などを用いることができる。 When the former method is used, dry etching can be used as the etching method. Examples of the etching gas at this time include Ar, O 2 , CF 4 , H 2 , C 2 F 6 , CHF 3 , CH 2 F 2 , CF 3 Br, N 2 , NF 3 , Cl 2 , CCl 4 , HBr, SF 6 or the like can be used.
また、後者の方法を用いる場合、ドライプロセス、ウエットプロセス、加熱による焼成などの方法により、高分子膜2を除去した後に、上記エッチング方法を用いて基材9をエッチングすることができる。ドライプロセスの具体例としては、オゾン、UVオゾンアッシング、酸素プラズマアッシング等の方法が挙げられる。また、ウエットプロセスの具体例としては、金属構造体含有高分子膜の高分子膜が溶解しうる溶媒に浸漬する方法などが挙げられる。
When the latter method is used, the base material 9 can be etched using the above etching method after the
また、工程(I)および工程(II)の後に金属構造体3を除去する工程を有していても良い。金属構造体3を除去することにより、基材9にパターンが形成されたパターン構造体11を得ることができる(図3(d))。
Moreover, you may have the process of removing the
次に、パターン構造体11の一例としての反射防止構造体を製造する方法について説明する。ここで、反射防止構造体とは、該構造体の表面に入射した光の反射を低減することのできる構造体のことである。例えば、表面に凹凸のパターンを有するレンズ、レンズ表面をコートするための、凹凸のパターンを有する膜など、レンズ用の反射防止構造体が挙げられる。このような反射防止構造体は、基材9として、レンズ材料、もしくは、レンズ表面をコートするための材料を用いれば、図3、4に示した方法と同様の方法で製造することができる。レンズ材料、レンズ表面をコートするための材料としては、エッチング可能であれば、用途に応じて種々のものを用いることができ、例えば、ガラス材料、高分子材料、結晶性材料、またはそれらの複合体などを主成分としたものが挙げられる。金属構造体3、ブロック共重合体の材料につぃては、基材となるレンズの材料等の特性に応じて、前述の材料から選択することができる。
Next, a method for manufacturing an antireflection structure as an example of the pattern structure 11 will be described. Here, the antireflection structure is a structure that can reduce reflection of light incident on the surface of the structure. For example, an antireflection structure for a lens such as a lens having an uneven pattern on the surface and a film having an uneven pattern for coating the lens surface can be used. Such an antireflection structure can be manufactured by a method similar to the method shown in FIGS. 3 and 4 if a lens material or a material for coating the lens surface is used as the substrate 9. As a material for coating the lens material and the lens surface, various materials can be used depending on the application as long as they can be etched. For example, a glass material, a polymer material, a crystalline material, or a composite thereof. Examples include the body as the main component. The material of the
また、凹凸のパターンを有するレンズの鋳型、もしくは、レンズ表面をコートするための、凹凸のパターンを有する膜の鋳型を、上記反射防止構造体の製造方法と同様の方法で製造し、これらの鋳型を用いて反射防止構造体を製造してもよい。これら鋳型の材料としては、例えば、金属、炭素材料、高分子材料、結晶性材料、またはそれらの複合体などを主成分としたものが挙げられる。 Further, a mold for a lens having an uneven pattern or a mold for a film having an uneven pattern for coating the lens surface is manufactured by the same method as the method for manufacturing the antireflection structure, and these molds are used. May be used to manufacture the antireflection structure. Examples of the template material include a material mainly containing a metal, a carbon material, a polymer material, a crystalline material, or a composite thereof.
ここで、反射防止構造体の表面の凹凸が、反射を低減したい光の波長以下の間隔で配置している場合に反射低減の効果が高くなる。そのため、マスクとしての金属構造体3は、反射を低減したい光の波長の1/100乃至1倍、より好ましくは、光の波長の1/10乃至1倍の間隔で存在することが好ましい。後述の実施例で示すように、本発明に記載のブロック共重合体の相分離構造を用い、上記の工程を経ることで、赤外光、可視光、紫外光の波長の1/100乃至1倍の間隔で金属構造体3が配置するため、赤外光、可視光、紫外光に対する反射防止構造体を形成することが可能となる。なお、反射防止構造体を製造する方法は上記に限られない。
Here, when the irregularities on the surface of the antireflection structure are arranged at intervals equal to or less than the wavelength of light for which reflection is to be reduced, the effect of reducing reflection is enhanced. Therefore, the
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明の方法は、これらの実施例のみに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in more detail, the method of this invention is not limited only to these Examples.
実施例1
1−(1)
一般式(0)に示す市販のブロック共重合体(クラレ製、セプトンSEEPS(セプトンは株式会社クラレの商品名))10.0gのジクロロエタン200mlにクロロスルホン酸(0.76ml)のジクロロエタン50ml溶液を加え、2時間スルホン化を行った。反応溶液をヘキサンに再沈殿、洗浄、乾燥させ、一般式(1)に示す化合物を得た。
Example 1
1- (1)
A commercially available block copolymer represented by the general formula (0) (Kuraray, Septon SEEPS (Septon is a product name of Kuraray Co., Ltd.)) in 200 ml of 10.0 g of dichloroethane is mixed with a 50 ml solution of chloroethane (0.76 ml) in dichloroethane. In addition, sulfonation was performed for 2 hours. The reaction solution was reprecipitated in hexane, washed and dried to obtain a compound represented by the general formula (1).
1−(2)
アセトキシスチレン30g、Dimethyl−2,6−dibromoheptanedioate 201μL、Pentamethyldiethylenetriamine 386μL、臭化銅(I)265mgを混合し、100℃/2.5時間の重合反応、停止を行った。生成物は、クロロホルムで希釈後、アルミナカラムによる触媒除去および冷メタノールへの再沈殿精製を行った。この化合物2.5g、スチレン11.6g、Pentamethyldiethylenetriamine 232μL、臭化銅(I)160mgを混合、脱気、重合(110℃/1.3時間)、停止、精製を行った。この化合物2.0gの1,4−ジオキサン溶液に、ヒドラジン一水和物4.0mLを2時間撹拌した後、水に再沈殿、洗浄、乾燥した。この化合物1.10gのDMF溶液にNaH523mg、Propanesultone 6.38mgのDMF溶液を添加し、65oCで3時間反応、さらにNaH 523mgとPropanesultone 6.38mgのDMF溶液を再度加え、さらに2時間反応、精製水を加えた後に、メタノールで再沈殿、ろ過、乾燥させテトラヒドロフランに分散した。これにイオン交換樹脂を加えた後、ヘキサンで再沈殿、乾燥し、一般式(2)に示す化合物を得た。
1- (2)
Acetoxystyrene (30 g), Dimethyl-2,6-dibromoheptanedioate (201 μL), Pentamethyldiethylenediamine (386 μL) and Copper (I) bromide (265 mg) were mixed, and polymerization reaction was stopped at 100 ° C./2.5 hours. The product was diluted with chloroform, and then the catalyst was removed with an alumina column and purified by reprecipitation into cold methanol. 2.5 g of this compound, 11.6 g of styrene, 232 μL of pentamethylenediethyleneamine, and 160 mg of copper (I) bromide were mixed, degassed, polymerized (110 ° C./1.3 hours), stopped, and purified. To a 1,4-dioxane solution of 2.0 g of this compound, 4.0 mL of hydrazine monohydrate was stirred for 2 hours, and then reprecipitated, washed and dried in water. To the DMF solution of 1.10 g of this compound was added 523 mg of NaH and 6.38 mg of Propanesultone, reacted at 65 ° C. for 3 hours, added again with 523 mg of NaH and 6.38 mg of Propanesultone, and further reacted for 2 hours, purified water Was added, and then reprecipitated with methanol, filtered, dried and dispersed in tetrahydrofuran. An ion exchange resin was added thereto, followed by reprecipitation with hexane and drying to obtain a compound represented by the general formula (2).
1−(3)
tert−butyl acrylate 30g、Dimethyl−2,6−dibromoheptanedioate 509μl、hexamethyltriethylenetetraamine 254μl、DMF 8.1g、臭化銅(I)254mgを混合、70℃/2.8時間の重合、停止、精製を行った。得られた化合物4.0g(0.381mmol)、スチレン23.8g、hexamethyltriethylenetetraamine 207μl、臭化銅(I)109mgを混合、凍結・脱気、重合(100℃/3.75時間)、停止、精製を行った。この化合物2.0gの1,4−ジオキサン溶液に、ヒドラジン一水和物4.0mlを2時間撹拌した後、水に再沈殿、洗浄、乾燥した。この化合物1.10gのDMF溶液にNaH 523mg、Propanesultone 6.38mgのDMF溶液を添加し、65℃で3時間反応、さらにNaH 523mgとPropanesultone6.38mgのDMF溶液を再度加え、さらに2時間反応、精製水を加えた後に、メタノールで再沈殿、ろ過、乾燥させTHFに分散した。これにイオン交換樹脂を加えた後、ヘキサンで再沈殿、乾燥し、式(3)に示す化合物を得た。
1- (3)
30 g of tert-butyl acrylate, dimethyl-2,6-dibromoheptanedioate 509 μl, hexethyltriethyletraamine 254 μl, DMF 8.1 g, copper bromide (I) 254 mg were mixed, and polymerization was performed at 70 ° C./2. 4.0 g (0.381 mmol) of the obtained compound, 23.8 g of styrene, 207 μl of hexamethylethylenetetramine, and 109 mg of copper (I) bromide were mixed, frozen / degassed, polymerized (100 ° C./3.75 hours), stopped, and purified. Went. To a 1,4-dioxane solution of 2.0 g of this compound, 4.0 ml of hydrazine monohydrate was stirred for 2 hours, and then reprecipitated, washed and dried in water. To this DMF solution of 1.10 g of this compound, 523 mg of NaH and 6.38 mg of propanesultone were added and reacted at 65 ° C. for 3 hours. Further, 523 mg of NaH and 6.38 mg of propanesultone were added again, followed by further reaction for 2 hours and purification. After adding water, it was reprecipitated with methanol, filtered, dried and dispersed in THF. An ion exchange resin was added thereto, followed by reprecipitation with hexane and drying to obtain a compound represented by the formula (3).
なお、実施例1−(1)〜(3)において、ブロック共重合体の同定はNMR,ゲル浸透クロマトグラフィー、誘導結合プラズマ分析などで行った。 In Examples 1- (1) to (3), the block copolymer was identified by NMR, gel permeation chromatography, inductively coupled plasma analysis, and the like.
参考例1
市販のスライドガラスにTi/Auをスパッタした基板に、一般式(1)〜(3)に示すブロック共重合体をメタノール:テトラヒドロフラン=8:2の溶媒に含ませた溶液をバーコート法により塗布、イオン伝導性ドメインと非イオン伝導性ドメインからなる高分子膜を得た。得られた高分子膜の原子間力顕微鏡位相像を図5に示す。図5(1)は一般式(1)に示されるブロック共重合体、図5(2)は一般式(2)に示されるブロック共重合体、図5(3)は一般式(3)に示されるブロック共重合体により形成された高分子膜を示している。図5(1)では、暗色で示される相対的に柔らかい部位は非イオン伝導性ドメインを示しており、明色で示される相対的に硬い部位はイオン伝導性ドメインを示している。一方、図5(2)、(3)では、暗色で示される相対的に柔らかい部位はイオン伝導性ドメインを示しており、明色で示される相対的に硬い部位は非イオン伝導性ドメインを示している。これらから、いずれの高分子膜もミクロ相分離構造が形成されていることが確認できた。
Reference example 1
A solution in which a block copolymer represented by the general formulas (1) to (3) is contained in a solvent of methanol: tetrahydrofuran = 8: 2 is applied to a substrate obtained by sputtering Ti / Au on a commercially available slide glass by a bar coating method. Thus, a polymer film composed of an ion conductive domain and a non-ion conductive domain was obtained. FIG. 5 shows an atomic force microscope phase image of the obtained polymer film. 5 (1) is a block copolymer represented by the general formula (1), FIG. 5 (2) is a block copolymer represented by the general formula (2), and FIG. 5 (3) is a general formula (3). 3 shows a polymer film formed from the block copolymer shown. In FIG. 5 (1), the relatively soft part shown by the dark color has shown the non-ion conductive domain, and the relatively hard part shown by the light color has shown the ion conductive domain. On the other hand, in FIGS. 5 (2) and (3), the relatively soft part indicated by the dark color indicates the ion conductive domain, and the relatively hard part indicated by the light color indicates the non-ion conductive domain. ing. From these, it was confirmed that a microphase separation structure was formed in any polymer membrane.
また、市販のスライドガラスにTi/Auをスパッタした基板に、一般式(1)〜(3)に示すブロック共重合体をメタノール:テトラヒドロフラン=8:2の溶媒に含ませた溶液をキャスト法により塗布、イオン伝導性ドメインと非イオン伝導性ドメインからなる高分子膜を得た。得られた高分子膜を基板から剥がしてミクロトームで切り出した透過型電子顕微鏡像を図6に示す。図6(1)は一般式(1)に示されるブロック共重合体、図6(2)は一般式(2)に示されるブロック共重合体、図6(3)は一般式(3)に示されるブロック共重合体により形成された高分子膜を示している。高分子膜は、リンタングステン酸水溶液を用いて染色した。図6において、濃色部位が染色に用いたリンタングステン酸水溶液と親和性の強いイオン伝導性ドメイン、明色が非イオン伝導性ドメインを示している。これらの写真からも、いずれの高分子膜においてもミクロ相分離構造が形成されていることがわかる。また、これらの高分子膜を真空中で観察した際にも、連続的に接続されたイオン伝導性ドメインによる微小経路が存在していることがわかった。 Further, a solution obtained by adding a block copolymer represented by the general formulas (1) to (3) in a solvent of methanol: tetrahydrofuran = 8: 2 on a substrate obtained by sputtering Ti / Au on a commercially available slide glass is cast. Coating, a polymer film composed of an ion conductive domain and a non-ion conductive domain was obtained. The transmission electron microscope image which peeled off the obtained polymer film from the board | substrate and cut out with the microtome is shown in FIG. 6 (1) is a block copolymer represented by the general formula (1), FIG. 6 (2) is a block copolymer represented by the general formula (2), and FIG. 6 (3) is a general formula (3). 3 shows a polymer film formed from the block copolymer shown. The polymer film was dyed using an aqueous phosphotungstic acid solution. In FIG. 6, the dark colored portion indicates an ion conductive domain having a strong affinity with the phosphotungstic acid aqueous solution used for dyeing, and the light color indicates a non-ion conductive domain. From these photographs, it can be seen that a microphase separation structure is formed in any polymer membrane. In addition, when these polymer films were observed in a vacuum, it was found that there existed micropaths due to continuously connected ion conductive domains.
実施例2
市販のスライドガラスにTi/Auをスパッタした基板に、一般式(1)〜(3)に示すブロック共重合体をメタノール:テトラヒドロフラン=8:2の溶媒に含ませた溶液をバーコート法により塗布、イオン伝導性ドメインと非イオン伝導性ドメインからなる高分子膜を製膜した。高分子膜が製膜された基板を作用電極(電極面積0.48cm2)とし、金属線を対電極とした二極セル、を形成した。対電極の金属線にはPtを用い、セルに注入する電解液としては0.05MのAgNO3水溶液を用いた。
Example 2
A solution in which a block copolymer represented by the general formulas (1) to (3) is contained in a solvent of methanol: tetrahydrofuran = 8: 2 is applied to a substrate obtained by sputtering Ti / Au on a commercially available slide glass by a bar coating method. A polymer film composed of an ion conductive domain and a non-ion conductive domain was formed. A bipolar cell having a substrate on which the polymer film was formed as a working electrode (electrode area 0.48 cm 2) and a metal wire as a counter electrode was formed. Pt was used for the metal wire of the counter electrode, and 0.05 M AgNO 3 aqueous solution was used as the electrolyte to be injected into the cell.
電極をポテンショ/ガルバノスタットに接続し、室温、大気中で、−2V、時間20秒の条件で電解めっきを行った。電解めっき法により一般式(1)〜(3)に示すブロック共重合体からなる高分子膜にAgを析出させて得られた金属構造体含有高分子膜が表面に形成された基板を、水洗、乾燥させた後に、ジメチルアセトアミドに一晩浸漬し、Agを露出させた金属構造体含有高分子膜の断面の走査型電子顕微鏡像を図7(1)〜(6)に示す。図7(1)、(4)は一般式(1)に示されるブロック共重合体からなる高分子膜とAgからなる金属構造体含有高分子膜、図7(2)、(5)は一般式(2)に示されるブロック共重合体からなる高分子膜とAgからなる金属構造体含有高分子膜、図7(3)、(6)は一般式(3)に示されるブロック共重合体からなる高分子膜とAgからなる金属構造体含有高分子膜を示している。これらは、図5の原子間力顕微鏡位相像、図6の透過型電子顕微鏡像との形状の比較から、イオン導電性ドメインに金属が電解めっきにより析出されたものであることが確認される。すなわち、ここで形成された金属構造体含有高分子膜の金属構造体は、高分子膜のイオン導電性ドメインに局在化していることを示す。また、図7の(4)−(6)に示す、基板との界面の像(上部が析出金属、下部が基板)より、これらの金属構造体は、少なくともその一部が、高分子膜の少なくとも一方の主面の表面(ここでは、基板との界面)に位置しており、表面に位置していない部分も、表面に位置している部分から連続していることが確認される。これは、金属が、導電体から与えられる電子を通じて、その導電体の表面に析出されるために、必然的に主面の表面に位置し、表面に位置していない部分も、導電体から与えられる電子を通じて析出した金属から電子を与えられてその析出した金属の表面に析出するためである。また、図8には、一般式(2)に示されるブロック共重合体からなる高分子膜とAgからなる金属構造体含有高分子膜の低倍率(2万倍)像を示す。ここでは、像の下部の暗色部が電極のガラス、その上の明色部が電極の金、その上の明色部が析出されたAg、その上の暗色部が残存している高分子、その上の黒色部が空間であることを示している。 The electrode was connected to a potentio / galvanostat, and electrolytic plating was performed at room temperature and in the atmosphere at -2 V for 20 seconds. A substrate on which a metal structure-containing polymer film obtained by depositing Ag on a polymer film made of a block copolymer represented by the general formulas (1) to (3) by electrolytic plating is formed is washed with water. FIGS. 7 (1) to (6) show scanning electron microscopic images of the cross section of the metal structure-containing polymer film that was dried and then immersed in dimethylacetamide overnight to expose Ag. FIGS. 7 (1) and (4) are a polymer film composed of a block copolymer represented by the general formula (1) and a metal structure-containing polymer film composed of Ag, and FIGS. 7 (2) and (5) are general structures. A polymer film comprising a block copolymer represented by the formula (2) and a metal structure-containing polymer film comprising Ag, FIGS. 7 (3) and (6) are block copolymers represented by the general formula (3) 3 shows a polymer film made of Ag and a metal structure-containing polymer film made of Ag. From the comparison of the shapes of the atomic force microscope phase image of FIG. 5 and the transmission electron microscope image of FIG. 6, it is confirmed that the metal is deposited on the ion conductive domain by electrolytic plating. That is, the metal structure of the metal structure-containing polymer film formed here is localized in the ion conductive domain of the polymer film. Further, from the images of the interface with the substrate (the upper part is the deposited metal and the lower part is the substrate) shown in FIGS. 7 (4) to (6), these metal structures are at least partially made of a polymer film. It is confirmed that a portion that is located on the surface (here, the interface with the substrate) of at least one main surface and that is not located on the surface is continuous from the portion located on the surface. This is because the metal is deposited on the surface of the conductor through the electrons provided from the conductor, so the portion that is necessarily located on the surface of the main surface is also provided from the conductor. This is because electrons are given from the deposited metal through the generated electrons and deposited on the surface of the deposited metal. FIG. 8 shows low-magnification (20,000 times) images of the polymer film made of the block copolymer represented by the general formula (2) and the metal structure-containing polymer film made of Ag. Here, the dark color part at the bottom of the image is glass of the electrode, the light color part above is gold of the electrode, Ag on which the light color part is deposited, the polymer where the dark color part above remains, The black part above it indicates that it is a space.
実施例3
対電極の金属線としてNi、セルに注入する電解液として11gL−1 NiSO4,1.9gL−1 NiCl2,0.0015gL−1ホウ酸の水溶液を用いて、室温、大気中で、3.25mA、20秒の定電流電解めっきを行った以外は実施例2と同様にして金属構造体含有高分子膜を得た。
Example 3
2. Ni in the metal wire of the counter electrode, 11 gL −1 NiSO 4 , 1.9 gL −1 NiCl 2 , 0.0015 gL −1 boric acid aqueous solution as the electrolyte to be injected into the cell, at room temperature and in the atmosphere; A metal structure-containing polymer film was obtained in the same manner as in Example 2 except that constant current electrolytic plating was performed at 25 mA for 20 seconds.
次に、高分子膜として一般式(1)に示すブロック共重合体からなる膜を用いた金属構造体含有高分子膜を表面に有する電極をジメチルアセトアミドに一晩浸漬し、水洗、乾燥させた。また、高分子膜として一般式(2)、(3)に示すブロック共重合体からなる膜を用いた金属構造体含有高分子膜を450℃で30分間焼成した。これらの方法により、金属構造体含有高分子膜に含まれるNiを露出させた。得られた金属構造体の断面の走査型電子顕微鏡像を図9(1)〜(4)に示す。図9(1)、(4)は一般式(1)に示されるブロック共重合体からなる高分子膜とNiからなる金属構造体含有高分子膜から高分子膜が除去された金属構造体(Ni)、図9(2)は一般式(2)に示されるブロック共重合体からなる高分子膜とNiからなる金属構造体含有高分子膜から高分子膜が除去された金属構造体(Ni)、図9(3)は一般式(3)に示されるブロック共重合体からなる高分子膜とNiからなる金属構造体含有高分子膜から高分子膜が除去された金属構造体(Ni)である。これらは、図5の原子間力顕微鏡位相像、図6の透過型電子顕微鏡像との形状の比較から、イオン導電性ドメインに金属が電解めっきにより析出されたものであることが確認される。すなわち、ここで形成された金属構造体含有高分子膜の金属構造体は、高分子膜のイオン導電性ドメインに局在化していることを示す。また、図9の(4)に示す、基板との界面の像(上部が析出金属、下部が基板)より、これらの金属構造体は、少なくともその一部が、高分子膜の少なくとも一方の主面の表面(ここでは、基板との界面)に位置しており、表面に位置していない部分も、表面に位置している部分から連続していることが確認される。これは、金属が、導電体から与えられる電子を通じて、その導電体の表面に析出されるために、必然的に主面の表面に位置し、表面に位置していない部分も、導電体から与えられる電子を通じて析出した金属から電子を与えられてその析出した金属の表面に析出するためである。これらから析出金属としてNiを用いた場合でもイオン伝導性ドメインを電解めっきによってレプリカ可能であることが示された。 Next, an electrode having a metal structure-containing polymer film on the surface using a film made of a block copolymer represented by the general formula (1) as the polymer film was immersed in dimethylacetamide overnight, washed with water and dried. . Moreover, the metal structure containing polymer film using the film | membrane which consists of a block copolymer shown to General formula (2), (3) as a polymer film was baked at 450 degreeC for 30 minute (s). By these methods, Ni contained in the metal structure-containing polymer film was exposed. Scanning electron microscope images of the cross section of the obtained metal structure are shown in FIGS. 9 (1) and 9 (4) show a metal structure in which the polymer film is removed from the polymer film made of the block copolymer represented by the general formula (1) and the metal structure-containing polymer film made of Ni. Ni), FIG. 9 (2) shows a metal structure (Ni) obtained by removing the polymer film from the polymer film made of the block copolymer represented by the general formula (2) and the metal structure-containing polymer film made of Ni. 9 (3) shows a metal structure (Ni) in which the polymer film is removed from the polymer film made of the block copolymer represented by the general formula (3) and the metal structure-containing polymer film made of Ni. It is. From the comparison of the shapes of the atomic force microscope phase image of FIG. 5 and the transmission electron microscope image of FIG. 6, it is confirmed that the metal is deposited on the ion conductive domain by electrolytic plating. That is, the metal structure of the metal structure-containing polymer film formed here is localized in the ion conductive domain of the polymer film. Further, from the image of the interface with the substrate shown in (4) of FIG. 9 (the upper part is the deposited metal and the lower part is the substrate), these metal structures are at least partially composed of at least one main polymer film. It is confirmed that the portion that is located on the surface of the surface (here, the interface with the substrate) and is not located on the surface is continuous from the portion located on the surface. This is because the metal is deposited on the surface of the conductor through the electrons provided from the conductor, so the portion that is necessarily located on the surface of the main surface is also provided from the conductor. This is because electrons are given from the deposited metal through the generated electrons and deposited on the surface of the deposited metal. From these, it was shown that the ion conductive domain can be replicated by electrolytic plating even when Ni is used as the deposited metal.
実施例4
基板としてSiウエハにCuを蒸着した基板を用いたこと、ブロック共重合体として一般式(1)に示すブロック共重合体のみを用いたこと、ブロック共重合体からなる溶液を付与する方法としてスピンコート法を用いたこと、対電極の金属線としてPtを用いたこと、セルに注入する電解液としては0.05MのSnSO4水溶液を用いたこと以外は実施例2と同様にして電解めっきを行った。
Example 4
Spin as a method for applying a solution comprising a block copolymer, using a substrate obtained by depositing Cu on a Si wafer as a substrate, using only a block copolymer represented by the general formula (1) as a block copolymer, Electrolytic plating was carried out in the same manner as in Example 2 except that the coating method was used, Pt was used as the metal wire of the counter electrode, and 0.05 M SnSO 4 aqueous solution was used as the electrolytic solution to be injected into the cell. went.
なお、電解めっきは、室温、大気中で、1.92mA,20秒の条件で行った。電解めっきにより一般式(1)に示すブロック共重合体からなる高分子膜にSnを析出させて金属構造体含有高分子膜を得た後、高分子膜として一般式(1)に示すブロック共重合体からなる膜を用いた金属構造体含有高分子膜をテトラヒドロフランに一晩浸漬してSnを露出させた。得られた金属構造体の表面の走査型電子顕微鏡像を図10(1)に、断面の走査型電子顕微鏡像を図10(2)に示す。これらから析出金属としてSnを用いた場合でもイオン伝導性ドメインを電解めっきによってレプリカ可能であり、リチウムイオン電池の負極を調製できることが示された。 The electrolytic plating was performed at room temperature and in the air under the conditions of 1.92 mA and 20 seconds. After depositing Sn on the polymer film made of the block copolymer represented by the general formula (1) by electrolytic plating to obtain a metal structure-containing polymer film, the block copolymer represented by the general formula (1) is obtained as the polymer film. A metal structure-containing polymer film using a polymer film was immersed in tetrahydrofuran overnight to expose Sn. A scanning electron microscope image of the surface of the obtained metal structure is shown in FIG. 10 (1), and a scanning electron microscope image of the cross section is shown in FIG. 10 (2). From these, it was shown that even when Sn is used as the deposited metal, the ion conductive domain can be replicated by electrolytic plating, and the negative electrode of the lithium ion battery can be prepared.
実施例5
基板としてn−Siウエハを用いたこと、ブロック共重合体として一般式(1)に示すブロック共重合体のみを用いたこと、ブロック共重合体からなる溶液を塗布する際にスピンコートを用いたこと、金属構造体含有高分子膜を450℃で30分間焼成したこと以外は実施例3と同様にして金属構造体であるNiを表面に有するn−Siウエハを得た。図11(1):斜方観察像、(2):上面観察像に、焼成した金属構造体含有高分子膜の表面の走査型電子顕微鏡像を示す。また、図12(1)に、焼成した金属構造体含有高分子膜の原子間力顕微鏡形状像(高さスケールは6nm)を示す。これらの像より、これらの金属構造体は、少なくともその一部が、高分子膜の少なくとも一方の主面の表面(ここでは、基板との界面)に位置しており、表面に位置していない部分も、表面に位置している部分から連続していることが確認される。
Example 5
The use of an n-Si wafer as a substrate, the use of only the block copolymer represented by the general formula (1) as a block copolymer, and the use of spin coating when applying a solution comprising the block copolymer In addition, an n-Si wafer having Ni as a metal structure on its surface was obtained in the same manner as in Example 3 except that the metal structure-containing polymer film was baked at 450 ° C. for 30 minutes. FIG. 11 (1): Oblique observation image, (2): Upper surface observation image show a scanning electron microscope image of the surface of the fired metal structure-containing polymer film. FIG. 12 (1) shows an atomic force microscope shape image (height scale is 6 nm) of the fired metal structure-containing polymer film. From these images, at least a part of these metal structures is located on the surface (here, the interface with the substrate) of at least one main surface of the polymer film, and is not located on the surface. It is confirmed that the part is also continuous from the part located on the surface.
次に、焼成した金属構造体含有高分子膜のNiをマスクとして焼成した金属構造体含有高分子膜と接触しているn−Siウエハを、パターンを形成する対象である基板として酸素プラズマ処理を行った後、イオンエッチングを行ってパターン構造体を得た。プラズマ処理条件は、O2=50,0.5Pa,500/0W,10秒であり、エッチング条件は、SF6/CHF3=4/46,1Pa,250/20W,10−30秒であった。 Next, an oxygen plasma treatment is performed on an n-Si wafer that is in contact with the fired metal structure-containing polymer film using Ni as a mask of the fired metal structure-containing polymer film as a substrate on which a pattern is to be formed. Then, ion etching was performed to obtain a pattern structure. The plasma treatment conditions were O 2 = 50, 0.5 Pa, 500/0 W, 10 seconds, and the etching conditions were SF 6 / CHF 3 = 4/46, 1 Pa, 250/20 W, 10-30 seconds. .
得られたパターン構造体の走査型電子顕微鏡像(斜方観察)を図13に示す。 FIG. 13 shows a scanning electron microscope image (oblique observation) of the obtained pattern structure.
参考例2
Niの電解めっきを行わなかった以外は実施例5と同様にして、高分子膜を形成したn−Siウエハを調製した。また、n−Siウエハの表面を観察するために、450℃で30分間焼成、高分子膜を除去したサンプルを調製した。
Reference example 2
An n-Si wafer having a polymer film formed thereon was prepared in the same manner as in Example 5 except that Ni was not electroplated. Further, in order to observe the surface of the n-Si wafer, a sample was prepared by baking at 450 ° C. for 30 minutes and removing the polymer film.
図11(3)に、焼成し、高分子膜を除去したn−Siウエハの表面の走査型電子顕微鏡像を示す。また、図12(2)には得られた焼成したn−Siウエハの原子間力顕微鏡形状像(高さスケールは6nm)を示す。 FIG. 11 (3) shows a scanning electron microscope image of the surface of the n-Si wafer that has been baked and from which the polymer film has been removed. FIG. 12 (2) shows an atomic force microscope shape image (height scale is 6 nm) of the obtained fired n-Si wafer.
比較例1
参考例2により得られた高分子膜を形成したSi基板をパターンを形成する対象として、実施例5と同様の方法で、酸素プラズマ処理とイオンエッチングを行った。得られたパターン構造体の走査型電子顕微鏡像(斜方観察)を図14に示す。この場合Si基板表面にパターンは形成されないことが示された。
Comparative Example 1
Using the Si substrate on which the polymer film obtained in Reference Example 2 was formed as an object for forming a pattern, oxygen plasma treatment and ion etching were performed in the same manner as in Example 5. FIG. 14 shows a scanning electron microscope image (oblique observation) of the obtained pattern structure. In this case, it was shown that no pattern was formed on the Si substrate surface.
実施例5および比較例1より、基板上に金属構造体含有高分子膜を形成し、金属構造体をマスクとすることで、エッチングを行うことで、微細なパターン構造体を形成可能であることが示された。 From Example 5 and Comparative Example 1, it is possible to form a fine pattern structure by performing etching by forming a metal structure-containing polymer film on a substrate and using the metal structure as a mask. It has been shown.
本発明の金属構造体含有高分子膜は、異方性導電フィルム、異方性伝熱フィルム、情報記録用媒体、電池用電極、光学材料などとして用いることが可能である。 The metal structure-containing polymer film of the present invention can be used as an anisotropic conductive film, anisotropic heat transfer film, information recording medium, battery electrode, optical material, and the like.
また、本発明の金属構造体含有高分子膜により、ミクロ相分離構造を有する高分子膜のドメインの形態評価を行うことが可能である。 In addition, it is possible to evaluate the morphology of the domain of the polymer film having a microphase separation structure with the metal structure-containing polymer film of the present invention.
さらに、本発明により得られたパターン構造体は、反射防止構造体、電子回路、成型体製造時の鋳型などとして用いることが可能である。 Furthermore, the pattern structure obtained by the present invention can be used as an antireflection structure, an electronic circuit, a mold for producing a molded body, and the like.
1 金属構造体含有高分子膜
2 ミクロ相分離構造を有する高分子膜
3 金属構造体
4 イオン伝導性ドメイン
5 非イオン伝導性ドメイン
6 ブロック共重合体
7 イオン伝導性セグメントA
8 非イオン伝導性セグメントB
9 基材
10 金属構造体が表面に存在するパターン構造体
11 パターン構造体
DESCRIPTION OF
8 Non-ion conductive segment B
9 Substrate 10 Pattern structure with metal structure on its surface 11 Pattern structure
Claims (10)
前記イオン伝導性ドメインに金属構造体を局在化させて析出する工程と、
を有することを特徴とする金属構造体含有高分子膜の製造方法。 A step of preparing a polymer film having a microphase separation structure composed of a block copolymer having an ion conductive segment and a non-ion conductive segment and having an ion conductive domain and a non-ion conductive domain;
Localizing and depositing a metal structure in the ion conductive domain;
A process for producing a metal film containing a metal structure, comprising:
前記金属構造体をマスクとして前記基材をエッチングする工程と、
を有するパターン構造体の製造方法。 A step of bringing the metal structure-containing polymer film according to any one of claims 1 to 4 into contact with a substrate to produce a composite comprising the metal structure polymer film and the substrate;
Etching the substrate using the metal structure as a mask;
The manufacturing method of the pattern structure which has this.
前記金属構造体が、入射する光の波長の1/100乃至1倍の間隔で配置されていることを特徴とする請求項9に記載のパターン構造体の製造方法。 A method of manufacturing a pattern structure that reduces reflection of incident light,
10. The method for manufacturing a pattern structure according to claim 9, wherein the metal structures are arranged at an interval of 1/100 to 1 times the wavelength of incident light.
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