JP2014047217A - Thin polymer film, microstructure, and method for manufacturing both - Google Patents

Thin polymer film, microstructure, and method for manufacturing both Download PDF

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Yasuhiko Tada
靖彦 多田
Hiroshi Yoshida
博史 吉田
Kohei Aida
航平 會田
Masaru Kurihara
優 栗原
Hiroshi Iwase
拓 岩瀬
Teruaki Hayakawa
晃鏡 早川
Yoshihito Ishida
良仁 石田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin polymer film capable of unprecedentedly improving the processing precision of a substrate.SOLUTION: The method for manufacturing a thin polymer film provided by the present invention comprises a first step of configuring, atop a substrate, a polymer layer including a high-molecular-weight block copolymer having at least first and second segments and a second step of regularly arraying, atop the substrate by inducing the microphase separation of the polymer layer, multiple microdomains each having the second segment within a continuous phase consisting of the first segment; the high-molecular-weight block copolymer includes a silsesquioxane skeleton within the first segment; the first segment accounts, in terms of volume percentage, for 53% to 63% of the volume occupied by the high-molecular-weight block copolymer within the polymer layer; the microdomains have cylindrical shapes arrayed in parallel so as to extend along the substrate.

Description

本発明は、高分子ブロック共重合体が基板上でミクロ相分離して形成される微細構造を有する高分子薄膜、この高分子薄膜を使用して得られる微細構造体、及びこれらの製造方法に関する。   The present invention relates to a polymer thin film having a microstructure in which a polymer block copolymer is formed by microphase separation on a substrate, a microstructure obtained using the polymer thin film, and a method for producing the same. .

近年、電子デバイス、エネルギー貯蔵デバイス、センサ等の小型化・高性能化に伴い、数ナノメートルから数百ナノメートルのサイズの微細な規則配列パターンを基板上に形成する必要性が高まっている。このため微細な規則配列パターン(以下、単に「微細構造」という)を高精度で、かつ低コストに製造できるプロセスの確立が求められている。
このような微細構造の加工方法としては、リソグラフィーに代表されるトップダウン的手法、つまりバルク材料を微細に刻む方法が一般に用いられている。例えば、LSIの製造等の半導体微細加工に用いられる光リソグラフィーはこの代表例である。
In recent years, with the miniaturization and high performance of electronic devices, energy storage devices, sensors, and the like, there is an increasing need to form a fine regular array pattern having a size of several nanometers to several hundred nanometers on a substrate. Therefore, establishment of a process capable of manufacturing a fine regular array pattern (hereinafter simply referred to as “fine structure”) with high accuracy and low cost is required.
As a processing method of such a fine structure, a top-down method represented by lithography, that is, a method of finely engraving a bulk material is generally used. For example, photolithography used for semiconductor microfabrication such as LSI manufacturing is a typical example.

しかしながら、このようなトップダウン的手法は、微細構造の微細度が高まるにしたがって、装置の大型化やプロセスの複雑化等をもたらして製造コストが増大する。特に、微細構造の加工寸法が数十ナノメートルまで微細になると、パターニングに電子線や深紫外線を用いる必要があり、装置に莫大な投資が必要となる。また、マスクを適用した微細構造の形成が困難になると、直接描画法を適用せざるを得ないので、加工スループットが著しく低下する問題がある。   However, such a top-down approach increases the manufacturing cost by increasing the size of the apparatus and the complexity of the process as the fineness of the fine structure increases. In particular, when the processing size of the fine structure becomes as fine as several tens of nanometers, it is necessary to use an electron beam or deep ultraviolet rays for patterning, and a huge investment is required for the apparatus. In addition, when it becomes difficult to form a fine structure using a mask, the direct drawing method must be applied, and thus there is a problem that the processing throughput is significantly reduced.

このような状況のもと、物質が自然に構造を形成する現象、いわゆる自己組織化現象を応用したプロセスが注目を集めている(例えば、特許文献1及び2参照)。特に、高分子ブロック共重合体のミクロ相分離を利用したプロセスは、簡便な塗布プロセスで数十ナノメートルから数百ナノメートルの種々の形状を有する微細構造を形成できる点で優れたプロセスである。例えば、高分子ブロック共重合体における異種の高分子セグメント同士が互いに混じり合わない(非相溶な)場合に、これらの高分子セグメント同士は互いにミクロ相分離することによって、球形状、シリンダ形状等のミクロドメインを連続相中に規則的に配列させるミクロ相分離構造を形成する。   Under such circumstances, a process that applies a phenomenon in which a substance naturally forms a structure, that is, a so-called self-organization phenomenon, has attracted attention (for example, see Patent Documents 1 and 2). In particular, the process using microphase separation of the polymer block copolymer is an excellent process in that it can form microstructures having various shapes of several tens to several hundreds of nanometers by a simple coating process. . For example, when different types of polymer segments in the polymer block copolymer are not mixed with each other (incompatible), these polymer segments are microphase-separated with each other, resulting in a spherical shape, a cylinder shape, etc. A microphase separation structure is formed in which the microdomains are regularly arranged in the continuous phase.

このミクロ相分離構造を利用した微細構造の形成方法(微細構造体の製造方法)は以下の通りである。この形成方法では、例えば、ポリスチレンとポリブタジエン、ポリスチレンとポリイソプレン、ポリスチレンとポリメチルメタクリレート等の組み合わせからなる高分子ブロック共重合体の塗膜(以下、高分子層と称することがある)を基板上に形成してミクロ相分離させる。そして、得られたこの高分子薄膜中のミクロ相分離構造の一方のミクロドメインをエッチング等で除去する。   A fine structure forming method (microstructure manufacturing method) using this microphase-separated structure is as follows. In this formation method, for example, a coating of a polymer block copolymer (hereinafter sometimes referred to as a polymer layer) made of a combination of polystyrene and polybutadiene, polystyrene and polyisoprene, polystyrene and polymethyl methacrylate, or the like is formed on a substrate. To microphase separation. Then, one microdomain of the microphase separation structure in the obtained polymer thin film is removed by etching or the like.

そして、ミクロドメインを除去した残りの高分子薄膜をマスク(レジスト)として基板にエッチングを施すことによって、除去したミクロドメインの平面形状に対応した形状の、孔やラインアンドスペースを基板上に形成することができる。基板上に孔やラインアンドスペースを形成するミクロドメインの形状としては、球形状、基板に直立配向したシリンダ形状、基板に平行配向したシリンダ形状等が挙げられる。但し、基板に直立配向したミクロドメイン(例えば、シリンダ形状のもの)を形成させる場合には、基板界面・空気界面側の界面のエネルギー制御が必須となり、特に強偏析な高分子ブロック共重合体を用いると直立配向化が困難となる。そのため、孔には球形状のミクロドメインを有するミクロ相分離構造(高分子薄膜)を用い、ラインアンドスペースには基板に平行配向したシリンダ形状のミクロドメインを有するミクロ相分離構造(高分子薄膜)を用いる方が簡便である。   Then, by etching the substrate using the remaining polymer thin film from which the microdomains have been removed as a mask (resist), holes and lines and spaces having a shape corresponding to the planar shape of the removed microdomains are formed on the substrate. be able to. Examples of the shape of the microdomain that forms a hole or a line and space on the substrate include a spherical shape, a cylinder shape oriented upright on the substrate, and a cylinder shape oriented parallel to the substrate. However, when forming microdomains (for example, cylinder-shaped) oriented upright on the substrate, it is essential to control the energy at the interface between the substrate interface and the air interface side. If it is used, it becomes difficult to achieve upright orientation. Therefore, a microphase separation structure (polymer thin film) with spherical microdomains is used for the holes, and a microphase separation structure (polymer thin film) with cylinder-shaped microdomains aligned parallel to the substrate is used for the line and space. Is easier to use.

米国特許第6746825号明細書US Pat. No. 6,746,825 米国特許第6926953号明細書US Pat. No. 6,926,953

昨今においては、電子デバイス等の更なる小型化・高性能化の要請から、そのサイズが更に微細化したミクロ相分離構造を有する高分子薄膜が望まれている。
一方、従来のミクロ相分離構造を有する高分子薄膜(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)は、マスクを作製する過程で除去したミクロドメインのサイズがこのミクロドメインの間隔と比較して小さい。そのために、従来の高分子薄膜では、10数ナノメートル以下のサイズの加工を精度よく行うことができない問題がある。そして、従来の高分子薄膜は、ミクロドメインの間隔に対するミクロドメインのサイズアップを図ろうとすると、ミクロドメインが球状のものはシリンダ状に、またシリンダ状のものはラメラ状にミクロ相分離構造が変化してしまう新たな問題を生じることとなる。つまり、従来の高分子薄膜では、自ずと規定されてしまうミクロドメインの直径上限により前記の要請に副うように基板の加工精度を十分に向上させることができない問題がある。
In recent years, a polymer thin film having a microphase-separated structure whose size has been further miniaturized has been desired due to a demand for further miniaturization and higher performance of electronic devices and the like.
On the other hand, in the conventional polymer thin film having a microphase separation structure (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2), the size of the microdomain removed in the process of manufacturing the mask is smaller than the interval between the microdomains. . Therefore, the conventional polymer thin film has a problem that it is impossible to accurately process a size of 10 tens of nanometers or less. In the conventional polymer thin film, when trying to increase the size of the microdomain with respect to the interval between the microdomains, the microphase separation structure changes into a cylindrical shape when the microdomain is spherical and a lamellar shape when the microdomain is cylindrical. Will cause new problems. In other words, the conventional polymer thin film has a problem in that the processing accuracy of the substrate cannot be sufficiently improved due to the upper limit of the diameter of the microdomain that is naturally defined, so as to meet the above requirement.

そこで、本発明の課題は、従来よりも基板の加工精度を向上させることができる高分子薄膜、この高分子薄膜を使用して得られる微細構造体、及びこれらの製造方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a polymer thin film that can improve the processing accuracy of a substrate as compared with the conventional art, a microstructure obtained by using this polymer thin film, and a method for manufacturing the same. .

前記課題を解決する本発明の高分子薄膜の製造方法は、少なくとも第1セグメント及び第2セグメントを有する高分子ブロック共重合体を含む高分子層を基板上に配置する第1工程と、前記高分子層をミクロ相分離させて、前記第1セグメントを成分とする連続相中で前記第2セグメントを成分とする複数のミクロドメインを前記基板上に規則的に配列させる第2工程と、を有する高分子薄膜の製造方法において、前記高分子ブロック共重合体は、前記第1セグメントにシルセスキオキサン骨格を有し、前記高分子層で前記高分子ブロック共重合体の占める体積のうち、前記第1セグメントの体積百分率が53%〜63%であり、前記ミクロドメインが前記基板に沿って延在するように並列するシリンダ形状であることを特徴とする。   The method for producing a polymer thin film of the present invention that solves the above problems includes a first step of disposing a polymer layer containing a polymer block copolymer having at least a first segment and a second segment on a substrate; A second step in which a molecular layer is microphase-separated, and a plurality of microdomains having the second segment as a component are regularly arranged on the substrate in a continuous phase having the first segment as a component. In the method for producing a polymer thin film, the polymer block copolymer has a silsesquioxane skeleton in the first segment, and the polymer layer occupies the volume occupied by the polymer block copolymer in the polymer layer. The volume percentage of the first segment is 53% to 63%, and the microdomains are in the shape of a cylinder arranged in parallel so as to extend along the substrate.

また、前記課題を解決する本発明の高分子薄膜の製造方法は、少なくとも第1セグメント及び第2セグメントを有する高分子ブロック共重合体を含む高分子層を基板上に配置する第1工程と、前記高分子層をミクロ相分離させて、前記第1セグメントを成分とする連続相中で前記第2セグメントを成分とする複数のミクロドメインを前記基板上に規則的に配列させる第2工程と、を有する高分子薄膜の製造方法において、前記高分子ブロック共重合体は、前記第1セグメントにシルセスキオキサン骨格を有し、前記高分子層で前記高分子ブロック共重合体の占める体積のうち、前記第1セグメントの体積百分率が70%〜75%であり、前記ミクロドメインが球形状であることを特徴とする。   Moreover, the method for producing a polymer thin film of the present invention that solves the above-described problem includes a first step of disposing a polymer layer containing a polymer block copolymer having at least a first segment and a second segment on a substrate, A second step of microphase-separating the polymer layer and regularly arranging a plurality of microdomains having the second segment as components in the continuous phase having the first segment as a component; The polymer block copolymer has a silsesquioxane skeleton in the first segment, and the polymer layer occupies the volume occupied by the polymer block copolymer. The volume percentage of the first segment is 70% to 75%, and the microdomain is spherical.

また、前記課題を解決する本発明の微細構造体の製造方法は、少なくとも第1セグメント及び第2セグメントを有する高分子ブロック共重合体を含む高分子層を基板上に配置する第1工程と、前記高分子層をミクロ相分離させて、前記第1セグメントを成分とする連続相中で前記第2セグメントを成分とする複数のミクロドメインを前記基板上に規則的に配列させる第2工程と、前記高分子層の前記連続相及び前記ミクロドメインのうちの一方を除去する第3工程と、を有する微細構造体の製造方法において、前記高分子ブロック共重合体は、前記第1セグメントにシルセスキオキサン骨格を有し、前記高分子層で前記高分子ブロック共重合体の占める体積のうち、前記第1セグメントの体積百分率が53%〜63%であり、前記ミクロドメインが前記基板に沿って延在するように並列するシリンダ形状であることを特徴とする。   Moreover, the manufacturing method of the microstructure of the present invention that solves the above problems includes a first step of disposing a polymer layer including a polymer block copolymer having at least a first segment and a second segment on a substrate; A second step of microphase-separating the polymer layer and regularly arranging a plurality of microdomains having the second segment as components in the continuous phase having the first segment as a component; And a third step of removing one of the continuous phase and the microdomain of the polymer layer, wherein the polymer block copolymer has silsesquiskies in the first segment. The volume percentage of the first segment is 53% to 63% of the volume occupied by the polymer block copolymer in the polymer layer. Wherein the emissions are cylinder shaped to parallel so as to extend along the substrate.

また、前記課題を解決する本発明の微細構造体の製造方法は、少なくとも第1セグメント及び第2セグメントを有する高分子ブロック共重合体を含む高分子層を基板上に配置する第1工程と、前記高分子層をミクロ相分離させて、前記第1セグメントを成分とする連続相中で前記第2セグメントを成分とする複数のミクロドメインを前記基板上に規則的に配列させる第2工程と、前記高分子層の前記連続相及び前記ミクロドメインのうちの一方を除去する第3工程と、を有する微細構造体の製造方法において、前記高分子ブロック共重合体は、前記第1セグメントにシルセスキオキサン骨格を有し、前記高分子層で前記高分子ブロック共重合体の占める体積のうち、前記第1セグメントの体積百分率が70%〜75%であり、前記ミクロドメインが球形状であることを特徴とする。   Moreover, the manufacturing method of the microstructure of the present invention that solves the above problems includes a first step of disposing a polymer layer including a polymer block copolymer having at least a first segment and a second segment on a substrate; A second step of microphase-separating the polymer layer and regularly arranging a plurality of microdomains having the second segment as components in the continuous phase having the first segment as a component; And a third step of removing one of the continuous phase and the microdomain of the polymer layer, wherein the polymer block copolymer has silsesquiskies in the first segment. The volume percentage of the first segment is 70% to 75% of the volume occupied by the polymer block copolymer in the polymer layer. Down to being a spherical shape.

また、前記課題を解決する本発明の高分子薄膜は、前記の高分子薄膜の製造方法によって得られることを特徴とする。   Moreover, the polymer thin film of the present invention that solves the above-mentioned problems is obtained by the above-described method for producing a polymer thin film.

また、前記課題を解決する本発明の微細構造体は、前記の微細構造体の製造方法によって得られることを特徴とする。   Moreover, the microstructure of the present invention that solves the above-described problems is obtained by the above-described method for manufacturing a microstructure.

本発明によれば、従来よりも基板の加工精度を向上させることができる高分子薄膜、この高分子薄膜を使用して得られる微細構造体、及びこれら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 polymer thin film which can improve the processing precision of a board | substrate conventionally, the microstructure obtained using this polymer thin film, and these manufacturing methods can be provided.

(a)は、本発明の実施形態に係る高分子薄膜の構成を説明するための、一部に破断面を有する部分拡大斜視図、(b)は、(a)の高分子薄膜のミクロ相分離構造を高分子薄膜の表面側から見た様子を部分的に示した部分拡大平面図である。(A) is the partial expansion perspective view which has a fracture surface in part for demonstrating the structure of the polymer thin film which concerns on embodiment of this invention, (b) is the micro phase of the polymer thin film of (a). It is the elements on larger scale which partially showed signs that a separation structure was seen from the surface side of a polymer thin film. (a)は、本発明の実施形態に係る高分子薄膜の他の構成を説明するための、一部に破断面を有する部分拡大斜視図、(b)は、(a)の高分子薄膜のミクロ相分離構造を高分子薄膜の表面側から見た様子を部分的に示した部分拡大平面図である。(A) is a partial enlarged perspective view partially having a fractured surface for explaining another configuration of the polymer thin film according to the embodiment of the present invention, and (b) is a diagram of the polymer thin film of (a). It is the elements on larger scale which partially showed signs that a micro phase separation structure was seen from the surface side of a polymer thin film. (a)は、本発明における高分子薄膜を作製する上で、基板にブロック共重合体を塗布した状態の断面模式図、(b)は、(a)のブロック共重合体の塗膜(高分子層)をミクロ相分離させ、規則構造を形成させた状態を示す断面模式図である。(A) is a schematic cross-sectional view of a state in which a block copolymer is applied to a substrate in producing the polymer thin film in the present invention, and (b) is a coating film (high) of the block copolymer of (a). FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a molecular layer is microphase-separated to form a regular structure. 本発明の高分子薄膜の形成に使用する高分子ブロック共重合体における第1セグメント及び第2セグメントの様子を、第2セグメントが球形状のミクロドメインを形成した場合を例にして示す概念図である。The conceptual diagram which shows the mode of the 1st segment in the polymer block copolymer used for formation of the polymer thin film of this invention, and the 2nd segment for the case where the 2nd segment formed the spherical micro domain as an example. is there. (a)から(f)は、本発明の高分子薄膜の形成に使用する基板の表面に、パターン化された化学的修飾層を形成する工程の説明図である。(A)-(f) is explanatory drawing of the process of forming the patterned chemical modification layer on the surface of the board | substrate used for formation of the polymer thin film of this invention. (a)から(c)は、基板上に配置される、パターン化された化学的修飾層の態様を示す断面模式図である。(A)-(c) is a cross-sectional schematic diagram which shows the aspect of the patterned chemical modification layer arrange | positioned on a board | substrate. (a)から(d)は、本発明の高分子薄膜を利用して得られる微細構造体の製造方法を説明するための工程図である。(A)-(d) is process drawing for demonstrating the manufacturing method of the microstructure obtained using the polymer thin film of this invention. (a)は、本発明の実施例1で作製した高分子薄膜のSEM像、(b)は、(a)の高分子薄膜を利用して得た微細構造体のSEM像である。(c)は、本発明の比較例1で作製した高分子薄膜のSEM像、(d)は、(c)の高分子薄膜を利用して得た微細構造体のSEM像である。(A) is the SEM image of the polymer thin film produced in Example 1 of this invention, (b) is the SEM image of the microstructure obtained using the polymer thin film of (a). (C) is the SEM image of the polymer thin film produced in Comparative Example 1 of the present invention, and (d) is the SEM image of the microstructure obtained using the polymer thin film of (c). (a)は、本発明の実施例4で作製した高分子薄膜のSEM像、(b)は、(a)の高分子薄膜を利用して得た微細構造体のSEM像である。(c)は、本発明の比較例4で作製した高分子薄膜のSEM像、(d)は、(c)の高分子薄膜を利用して得た微細構造体のSEM像である。(A) is the SEM image of the polymer thin film produced in Example 4 of this invention, (b) is the SEM image of the microstructure obtained using the polymer thin film of (a). (C) is the SEM image of the polymer thin film produced in Comparative Example 4 of the present invention, and (d) is the SEM image of the microstructure obtained using the polymer thin film of (c). 本発明の実施例7で作製した磁気記録媒体(微細構造体)の表面の構成を模式的に示す模式平面図である。It is a schematic plan view which shows typically the structure of the surface of the magnetic-recording medium (fine structure) produced in Example 7 of this invention.

次に、本発明の高分子薄膜及びこれを使用して得られる微細構造体の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
従来のミクロ相分離構造を有する高分子薄膜、例えばポリスチレンとポリブタジエン、ポリスチレンとポリイソプレン、ポリスチレンとポリメチルメタクリレート等の組み合わせからなる高分子ブロック共重合体の高分子薄膜は、前記のとおり、10数ナノメートル以下のサイズの加工を精度よく行うことができない問題があった。つまり、形成しようとする高分子薄膜においてミクロドメイン間隔に対するミクロドメインのサイズアップを図ろうとすると、高分子ブロック共重合体の塗膜(高分子層)をミクロ相分離させる際に、ミクロ相分離構造が所期の球形状からシリンダ形状(又は初期のシリンダ形状からラメラ形状)へと変化してしまい、実質的にミクロドメイン間隔に対するミクロドメインサイズを大きくできないことがその一つの要因となっている。
これに対して、本発明者らは、後記する所定の高分子ブロック共重合体からなる高分子薄膜においては、ミクロ相分離構造の後記する変化点(変化領域)が従来の高分子薄膜と比較してシフトしていることを新たに見出して本発明に到達したものである。
Next, embodiments of the polymer thin film of the present invention and the microstructure obtained by using the polymer thin film will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
The polymer thin film having a conventional microphase separation structure, for example, a polymer thin film of a polymer block copolymer composed of a combination of polystyrene and polybutadiene, polystyrene and polyisoprene, polystyrene and polymethyl methacrylate, etc. There was a problem that processing of nanometer size or less could not be performed accurately. In other words, when trying to increase the size of the microdomain with respect to the microdomain spacing in the polymer thin film to be formed, the microphase separation structure is used when the polymer block copolymer coating (polymer layer) is microphase separated. One of the factors is that the desired spherical shape is changed to a cylinder shape (or an initial cylinder shape to a lamella shape), and the microdomain size with respect to the microdomain interval cannot be increased substantially.
On the other hand, the inventors of the present invention have compared the change point (change region) to be described later with respect to the conventional polymer thin film in the polymer thin film made of a predetermined polymer block copolymer described later. Thus, the present invention has been found by newly finding out that it has shifted.

本発明の高分子薄膜は、後記する所定の高分子ブロック共重合体がミクロ相分離することによって形成される連続相と、この連続相中に規則的に配列するミクロドメインとを有している。そして、この高分子薄膜を得るための高分子ブロック共重合体の塗膜(高分子層)中で高分子ブロック共重合体の占める体積のうち、高分子ブロック共重合体の第2セグメントが形成するミクロドメインの形状(例えば、球形状、シリンダ形状等)に応じて、連続相を形成する高分子ブロック共重合体の第1セグメントの体積百分率が、後記する所定の範囲となるように制御されていることを主な特徴とする。
以下では、高分子薄膜及びこの高分子薄膜の製造方法、並びにこの高分子薄膜を使用して得られる微細構造体及びこの微細構造体の製造方法の順番で説明する。
The polymer thin film of the present invention has a continuous phase formed by microphase separation of a predetermined polymer block copolymer described later, and microdomains regularly arranged in the continuous phase. . Then, the second segment of the polymer block copolymer is formed out of the volume occupied by the polymer block copolymer in the coating film (polymer layer) of the polymer block copolymer for obtaining this polymer thin film. The volume percentage of the first segment of the polymer block copolymer that forms the continuous phase is controlled in accordance with the shape of the microdomain (for example, spherical shape, cylinder shape, etc.) to be within a predetermined range described later. It is the main feature.
Below, it demonstrates in order of the polymer thin film, the manufacturing method of this polymer thin film, the microstructure obtained using this polymer thin film, and the manufacturing method of this microstructure.

(高分子薄膜)
図1(a)は、本発明の実施形態に係る高分子薄膜の構成を説明するための、一部に破断面を有する部分拡大斜視図、図1(b)は、図1(a)の高分子薄膜のミクロ相分離構造を高分子薄膜の表面側から見た様子を部分的に示した部分拡大平面図である。
図1(a)に示すように、本実施形態に係る微細構造を有する高分子薄膜Mは、連続相102と、ミクロドメイン101とからなるミクロ相分離構造を有する。この高分子薄膜Mは、後記するように、基板104上に高分子ブロック共重合体を塗布して形成される高分子層の、当該高分子ブロック共重合体をミクロ相分離させて形成したものである。
なお、図1(a)に示す基板104は、図示しないが、その表面に、後に詳しく説明する、パターン化された化学的修飾層を有している。
(Polymer thin film)
FIG. 1 (a) is a partially enlarged perspective view partially having a fractured surface for explaining the configuration of a polymer thin film according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 (b) is a diagram of FIG. 1 (a). It is the elements on larger scale which partially showed signs that the micro phase separation structure of the polymer thin film was seen from the surface side of the polymer thin film.
As shown in FIG. 1A, the polymer thin film M having a fine structure according to the present embodiment has a microphase separation structure composed of a continuous phase 102 and a microdomain 101. As will be described later, the polymer thin film M is a polymer layer formed by applying a polymer block copolymer on the substrate 104 and formed by subjecting the polymer block copolymer to microphase separation. It is.
Although not shown, the substrate 104 shown in FIG. 1A has a patterned chemical modification layer on its surface, which will be described in detail later.

ミクロドメイン101は、連続相102中で基板104の表面の面方向に沿って規則的に並ぶように配置されている。更に具体的には、高分子薄膜M中に形成される球形状のミクロドメイン101は、図1(b)に示すように、基板104の表面の面方向に沿って六方最密構造となるように配置されている。なお、図1においてはミクロドメインの構造として球形状のものを例としているが、後述するようにミクロドメインの構造はシリンダ形状であってもよい。   The microdomains 101 are arranged in the continuous phase 102 so as to be regularly arranged along the surface direction of the surface of the substrate 104. More specifically, the spherical microdomain 101 formed in the polymer thin film M has a hexagonal close-packed structure along the surface direction of the surface of the substrate 104 as shown in FIG. Is arranged. In FIG. 1, a spherical structure is taken as an example of the microdomain structure. However, as will be described later, the microdomain structure may be a cylinder.

図1(b)中、符号dは、ミクロドメイン101の固有周期であり、高分子薄膜Mを形成するための後記する高分子ブロック共重合体の種類、組成及び分子量等に応じて決まる固有値である。このミクロドメイン101の配列間隔は、固有周期dで決定される。また、符号Dは、球形状のミクロドメイン101の直径である。符号Lは、ミクロドメイン101同士の間隔である。球形状のミクロドメインが六方格子状に配列している場合、符号Lと符号dはL=2/√3×dの関係となる。
ちなみに、球形状のミクロドメイン101同士の間隔Lは、5〜25nmが望ましい。
In FIG. 1B, the symbol d 0 is the natural period of the microdomain 101 and is an eigenvalue determined according to the type, composition, molecular weight and the like of the polymer block copolymer described later for forming the polymer thin film M. It is. Arrangement interval of the microdomains 101 is determined by the natural period d 0. Reference sign D 0 is the diameter of the spherical microdomain 101. A symbol L 0 is an interval between the micro domains 101. When the spherical microdomains are arranged in a hexagonal lattice, the code L 0 and the code d 0 have a relationship of L 0 = 2 / √3 × d 0 .
Incidentally, the interval L 0 between the spherical microdomains 101 is preferably 5 to 25 nm.

そして、図1(a)及び(b)に示す球形状のミクロドメイン101を有する高分子薄膜Mは、後に詳しく説明するように、球形状のミクロドメイン101の平面視での直径D、言い換えれば、基板104の法線方向から見たミクロドメイン101の平面形状(微小円形状)の直径Dが、当該微小円形状同士の間隔Lの53%以上となるように、望ましくは55%以上となるように制御されている。
つまり、球形状のミクロドメイン101を有する高分子薄膜Mは、100・D/L≧53、望ましくは100・D/L≧55の関係式を満たすように構成されている。
The polymer thin film M having the spherical microdomain 101 shown in FIGS. 1A and 1B has a diameter D 0 in a plan view of the spherical microdomain 101, in other words, as will be described in detail later. For example, the diameter D 0 of the planar shape (microcircular shape) of the microdomain 101 viewed from the normal direction of the substrate 104 is preferably 55% so that the distance L 0 between the microcircular shapes is 53% or more. Control is performed as described above.
That is, the polymer thin film M having the spherical microdomain 101 is configured to satisfy the relational expression of 100 · D 0 / L 0 ≧ 53, preferably 100 · D 0 / L 0 ≧ 55.

次に参照する図2(a)は、本発明の実施形態に係る高分子薄膜の他の構成を説明するための、一部に破断面を有する部分拡大斜視図、図2(b)は、図2(a)の高分子薄膜のミクロ相分離構造を高分子薄膜の表面側から見た様子を部分的に示した部分拡大平面図である。
前記のミクロドメイン101(図1(a)参照)は、球形状を呈しているが、本発明におけるミクロドメイン101は、図2(a)及び(b)に示すように、シリンダ形状とすることもできる。更に具体的に説明すると、このミクロドメイン101は、連続相102中で基板104の表面の面方向に沿って延在するように形成されている。そして、ミクロドメイン101同士は、基板104の表面の面方向に沿って等間隔に並列している。
ちなみに、連続相102の形状は、前記の球形状のミクロドメイン101(図1(a)参照)、シリンダ形状のミクロドメイン101(図2(a)参照)等に対応して様々な形状をとり得ることは言うまでもない。
FIG. 2A to be referred to next is a partially enlarged perspective view partially having a fracture surface for explaining another configuration of the polymer thin film according to the embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 3 is a partially enlarged plan view partially showing a state where the microphase separation structure of the polymer thin film in FIG. 2A is viewed from the surface side of the polymer thin film.
The microdomain 101 (see FIG. 1 (a)) has a spherical shape, but the microdomain 101 in the present invention has a cylindrical shape as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). You can also. More specifically, the microdomain 101 is formed so as to extend along the surface direction of the surface of the substrate 104 in the continuous phase 102. The micro domains 101 are arranged in parallel at equal intervals along the surface direction of the surface of the substrate 104.
Incidentally, the shape of the continuous phase 102 has various shapes corresponding to the spherical micro domain 101 (see FIG. 1A), the cylindrical micro domain 101 (see FIG. 2A), and the like. Needless to say you get.

図2(b)中、符号Dは、シリンダ形状のミクロドメイン101の直径である。このシリンダ形状のミクロドメイン101の直径Dは、基板104の法線方向から見たミクロドメイン101の平面形状(条形状)の幅Wに対応する。符号Lは、ミクロドメイン101同士の間隔である。シリンダ形状のミクロドメインが平面状に平行に配列している場合、符号Lと符号dはL=dの関係となる。
ちなみに、シリンダ形状のミクロドメイン101同士の間隔Lは、5〜25nmが望ましい。
In FIG. 2B, the symbol D 0 is the diameter of the cylindrical micro domain 101. The diameter D 0 of the cylindrical micro domain 101 corresponds to the width W 0 of the planar shape (strip shape) of the micro domain 101 viewed from the normal direction of the substrate 104. A symbol L 0 is an interval between the micro domains 101. When cylinder-shaped microdomains are arranged in parallel in a planar shape, the code L 0 and the code d 0 have a relationship of L 0 = d 0 .
Incidentally, the distance L 0 between the cylindrical microdomains 101 is preferably 5 to 25 nm.

そして、図2(a)及び(b)に示すシリンダ形状のミクロドメイン101を有する高分子薄膜Mは、後に詳しく説明するように、基板104の法線方向から見たミクロドメイン101の平面形状(条形状)の幅W(直径D)が、当該条形状同士の間隔Lの47%以上となるように、望ましくは50%以上となるように制御されている。
つまり、球形状のミクロドメイン101を有する高分子薄膜Mは、100・W/L≧47、望ましくは100・W/L≧50の関係式を満たすように構成されている。
The polymer thin film M having the cylindrical microdomain 101 shown in FIGS. 2A and 2B has a planar shape of the microdomain 101 viewed from the normal direction of the substrate 104 (described later in detail). The width W 0 (diameter D 0 ) of the strip shape is controlled to be 47% or more of the interval L 0 between the strip shapes, and preferably 50% or more.
That is, the polymer thin film M having the spherical microdomain 101 is configured to satisfy the relational expression of 100 · W 0 / L 0 ≧ 47, preferably 100 · W 0 / L 0 ≧ 50.

また、本発明の実施形態に係る高分子薄膜Mは、基板104上の高分子ブロック共重合体からなる高分子層において、連続相102を形成する高分子ブロック共重合体の後記する第1セグメントA1(図4参照)の体積百分率(%)が、後記する第2セグメントA2(図4参照)が形成するミクロドメイン101の形状(例えば、図1(a)に示す球形状か、又は図2(a)に示すシリンダ形状か)に応じて、後記する所定の範囲となるように制御されている。   In addition, the polymer thin film M according to the embodiment of the present invention includes a first segment, which will be described later, of the polymer block copolymer that forms the continuous phase 102 in the polymer layer made of the polymer block copolymer on the substrate 104. The volume percentage (%) of A1 (see FIG. 4) is the shape of the microdomain 101 formed by the second segment A2 (see FIG. 4) described later (for example, the spherical shape shown in FIG. 1A), or FIG. The cylinder is controlled so as to be in a predetermined range described later.

(高分子薄膜の製造方法)
次に、高分子薄膜Mの製造方法について説明する。
図3(a)は、本発明における高分子薄膜を作製する上で、基板にブロック共重合体を塗布した状態の断面模式図、図3(b)は、図3(a)のブロック共重合体の塗膜(高分子層)をミクロ相分離させ、規則構造を形成させた状態を示す断面模式図である。
(Manufacturing method of polymer thin film)
Next, a method for producing the polymer thin film M will be described.
FIG. 3A is a schematic cross-sectional view of a state in which a block copolymer is applied to a substrate in producing the polymer thin film according to the present invention, and FIG. 3B is a block weight diagram of FIG. It is a cross-sectional schematic diagram which shows the state which carried out the micro phase separation of the coalesced coating film (polymer layer), and formed the regular structure.

図3(a)に示すように、本実施形態に係る高分子薄膜Mの製造方法では、まず、基板104上に、後記する高分子ブロック共重合体の塗膜202が形成される。この塗膜202は、特許請求の範囲にいう「高分子層」に相当し、この塗膜202を形成する工程は、特許請求の範囲にいう「第1工程」に相当する。
なお、本実施形態に係る高分子薄膜Mの製造方法においては、後に詳しく説明する、パターン化された化学的修飾層401(図5(f)参照)を有する基板104が使用されることが望ましい。
As shown in FIG. 3A, in the method for manufacturing the polymer thin film M according to this embodiment, first, a coating film 202 of a polymer block copolymer to be described later is formed on the substrate 104. The coating film 202 corresponds to the “polymer layer” in the claims, and the step of forming the coating film 202 corresponds to the “first step” in the claims.
In the method of manufacturing the polymer thin film M according to this embodiment, it is desirable to use the substrate 104 having the patterned chemical modification layer 401 (see FIG. 5F), which will be described in detail later. .

塗膜202の形成は、後記する高分子ブロック共重合体を溶媒に溶解して希薄な高分子ブロック共重合体溶液を調製し、この溶液をスピンコート法やディップコート法等の方法によって基板104の表面に塗布すればよい。スピンコート法を用いる場合を例示すれば、例えば溶液の濃度を数質量%程度とし、回転速度を毎分1000〜5000回転とすることによって、乾燥膜厚で数10nm程度の塗膜202を安定的に得ることができる。   The coating film 202 is formed by dissolving a polymer block copolymer, which will be described later, in a solvent to prepare a dilute polymer block copolymer solution, which is then applied to the substrate 104 by a method such as spin coating or dip coating. What is necessary is just to apply | coat to the surface of. For example, when the spin coating method is used, the coating film 202 having a dry film thickness of about several tens of nanometers can be stably formed by setting the concentration of the solution to about several mass% and the rotation speed to 1000 to 5000 revolutions per minute. Can get to.

なお、高分子ブロック共重合体からなる塗膜202は、成膜時の溶媒の急激な気化に伴い、高分子ブロック共重合体のミクロ相分離は十分に進行せず、その構造が非平衡な状態、又は全くのディスオーダー状態となっている場合が多い。その構造は、その成膜方法にもよるが、通常、平衡構造となっていない。   The coating film 202 made of the polymer block copolymer has a structure in which the microphase separation of the polymer block copolymer does not proceed sufficiently due to the rapid vaporization of the solvent during the film formation, and the structure is non-equilibrium. In many cases, it is in a state of being completely or in a disordered state. Although the structure depends on the film forming method, it is usually not an equilibrium structure.

そこで、高分子ブロック共重合体のミクロ相分離過程を十分に進行させ、平衡構造を得るために、塗膜202のアニーリングが実施される。アニーリングとしては、例えば、高分子ブロック共重合体のガラス転移温度(Tg)以上に塗膜202を加熱する熱アニール法が適用される。後記する高分子ブロック共重合体を使用する本実施形態においては、真空雰囲気下で、温度170〜230℃にて数時間から数日間加熱する熱アニール法を採用することができる。あるいは溶媒を可塑剤として用いる溶媒アニール法を適用しても良い。   Therefore, the coating film 202 is annealed in order to sufficiently advance the microphase separation process of the polymer block copolymer and obtain an equilibrium structure. As the annealing, for example, a thermal annealing method is applied in which the coating film 202 is heated to the glass transition temperature (Tg) or higher of the polymer block copolymer. In this embodiment using a polymer block copolymer described later, a thermal annealing method in which heating is performed at a temperature of 170 to 230 ° C. for several hours to several days in a vacuum atmosphere can be employed. Alternatively, a solvent annealing method using a solvent as a plasticizer may be applied.

そして、この製造方法では、図3(b)に示すように、基板104上で塗膜202(高分子層)をミクロ相分離させることによって、連続相102とミクロドメイン101とが形成される。つまり、後記する高分子ブロック共重合体の第1セグメントA1(図4参照)を成分とする連続相102に、第2セグメントA2(図4参照)を成分とする複数の球形状のミクロドメイン101が形成される。そして、ミクロドメイン101が連続相102内で、基板104の面方向に沿って規則的に並ぶように配列することで高分子薄膜Mが得られる。この工程は、特許請求の範囲にいう「第2工程」に相当する。ちなみに、図3(a)及び(b)、並びに図4は、球形状のミクロドメイン101を有する高分子薄膜M(図1(a)参照)の製造方法を想定して記載しているが、後記するように、選択する高分子ブロック共重合体の違いによって、シリンダ形状のミクロドメイン101を有する高分子薄膜M(図2(a)参照)を製造することもできる。   And in this manufacturing method, as shown in FIG.3 (b), the continuous phase 102 and the micro domain 101 are formed by carrying out the micro phase separation of the coating film 202 (polymer layer) on the board | substrate 104. FIG. That is, a plurality of spherical microdomains 101 having a second segment A2 (see FIG. 4) as components and a continuous phase 102 having a first segment A1 (see FIG. 4) as a component in a polymer block copolymer described later. Is formed. The polymer thin film M is obtained by arranging the microdomains 101 in the continuous phase 102 so as to be regularly arranged along the surface direction of the substrate 104. This step corresponds to the “second step” in the claims. Incidentally, FIGS. 3A and 3B and FIG. 4 are described assuming a manufacturing method of the polymer thin film M having the spherical microdomain 101 (see FIG. 1A). As will be described later, a polymer thin film M having a cylindrical microdomain 101 (see FIG. 2A) can also be produced depending on the polymer block copolymer to be selected.

なお、図1、図2及び図3では、連続相102、すなわち高分子ブロック共重合体の第1セグメントが高分子薄膜Mの最表面を構成し、かつ、基板104と接しているよう図示した。しかしながら、第1セグメントA1と第2セグメントA2の表面張力や基板との濡れ性の大小関係によっては、高分子薄膜Mの表面及び基板104と接している界面のいずれか一方、又は両方に第2セグメントA2からなるウエット相が形成する場合もある。高分子薄膜Mがこのような構成を有する場合も本発明の範囲に含まれる。   1, 2, and 3, the continuous phase 102, that is, the first segment of the polymer block copolymer is illustrated as constituting the outermost surface of the polymer thin film M and in contact with the substrate 104. . However, depending on the surface tension of the first segment A1 and the second segment A2 and the wettability relationship with the substrate, the surface of the polymer thin film M and the interface contacting the substrate 104, or both, In some cases, a wet phase composed of the segment A2 is formed. The case where the polymer thin film M has such a configuration is also included in the scope of the present invention.

(高分子ブロック共重合体)
次に参照する図4は、本発明の高分子薄膜の形成に使用する高分子ブロック共重合体における第1セグメント及び第2セグメントの様子を、第2セグメントが球形状のミクロドメインを形成した場合を例にして示す概念図である。
図4に示すように、本実施形態での高分子ブロック共重合体は、連続相102を形成する成分となる第1セグメントA1と、ミクロドメイン101を形成する成分となる第2セグメントA2とを有している。
(High molecular block copolymer)
FIG. 4 to be referred to next shows the state of the first segment and the second segment in the polymer block copolymer used for forming the polymer thin film of the present invention, and the case where the second segment forms a spherical microdomain. It is a conceptual diagram which shows as an example.
As shown in FIG. 4, the polymer block copolymer in the present embodiment includes a first segment A1 that is a component that forms the continuous phase 102 and a second segment A2 that is a component that forms the microdomain 101. Have.

このような球形状のミクロドメインを形成する場合においては、基板104(図1(a)参照)上の前記の高分子層中で占める高分子ブロック共重合体のうち、連続相102を形成する第1セグメントA1の体積百分率が70%〜75%となっている。
このように体積比を制御された高分子ブロック共重合体については、後に詳しく説明する。ちなみに、第1セグメントA1と第2セグメントA2との結合部近傍で連続相102とミクロドメイン101との境界が決定される。したがって、高分子ブロック共重合体は、分子量分布の狭いものがより望ましく、特にリビングアニオン重合法で合成された高分子ブロック共重合体は更に望ましい。
In the case of forming such a spherical microdomain, the continuous phase 102 is formed among the polymer block copolymers occupied in the polymer layer on the substrate 104 (see FIG. 1A). The volume percentage of the first segment A1 is 70% to 75%.
The polymer block copolymer whose volume ratio is controlled in this way will be described in detail later. Incidentally, the boundary between the continuous phase 102 and the microdomain 101 is determined in the vicinity of the joint between the first segment A1 and the second segment A2. Therefore, the polymer block copolymer preferably has a narrow molecular weight distribution, and more preferably a polymer block copolymer synthesized by a living anionic polymerization method.

連続相102中に球形状のミクロドメイン101を形成させる高分子ブロック共重合体は、その第2セグメントA2の体積が、その第1セグメントA1の体積よりも小さくなるように設定されたものが望ましい。
連続相102を形成する第1セグメントA1の前記の体積百分率(70%〜75%)は、第1セグメントA1及び第2セグメントA2の重合度が調整されることで当該範囲内に設定することができる。そして、高分子ブロック共重合体は、第1セグメントA1と第2セグメントA2との結合部分の境界が球形状をとり易くなる。これにより、第1セグメントA1からなる連続相102の領域と、第2セグメントA2からなる球形状のミクロドメイン101の領域とが形成されるミクロ相分離が行われることとなる。
ちなみに、ミクロドメイン101のサイズ(例えば、球形状の直径)は、高分子ブロック共重合体の分子量に応じて決定されることとなる。
The polymer block copolymer for forming the spherical microdomain 101 in the continuous phase 102 is preferably set so that the volume of the second segment A2 is smaller than the volume of the first segment A1. .
The volume percentage (70% to 75%) of the first segment A1 forming the continuous phase 102 can be set within the range by adjusting the degree of polymerization of the first segment A1 and the second segment A2. it can. And in a polymer block copolymer, the boundary of the joint part of 1st segment A1 and 2nd segment A2 becomes easy to take a spherical shape. As a result, microphase separation is performed in which the region of the continuous phase 102 composed of the first segment A1 and the region of the spherical microdomain 101 composed of the second segment A2 are formed.
Incidentally, the size (for example, spherical diameter) of the microdomain 101 is determined according to the molecular weight of the polymer block copolymer.

以上のような本実施形態で使用される高分子ブロック共重合体としては、第1セグメントA1に、かご型のシルセスキオキサン(ポリヘドラルオリゴメリックシルセスキオキサン、以下これを「POSS」と略記することがある)を有するものが挙げられる。その具体例としては、次式(1)で示される単位を含むものが挙げられる。   The polymer block copolymer used in the present embodiment as described above includes a cage-type silsesquioxane (polyhedral oligomeric silsesquioxane, hereinafter referred to as “POSS”) in the first segment A1. May be abbreviated as). Specific examples thereof include those containing a unit represented by the following formula (1).

(但し、前記式(1)中、Rは、水素原子、アルキル基、又はアリール基であり、Lは、POSSのリンカーであり、2価のアルキル基、2価のアリール基、2価のエステル基、又は2価のアミド基である) (In the formula (1), R 1 is a hydrogen atom, an alkyl group, or an aryl group; L is a POSS linker; a divalent alkyl group; a divalent aryl group; (Ester group or divalent amide group)

このような本実施形態で使用される高分子ブロック共重合体は、式(1)で示される単位を繰り返し単位として含み、後記するように繰り返し方向に(主鎖中に)二価の炭化水素基、例えば二価のアルキル基等を更に含むものとすることができる。また、後記するように、POSS含有の官能基を側鎖に有する高分子鎖としてのポリメタクリレート(以下、単に「POSS含有PMA」は特に望ましい。   Such a polymer block copolymer used in this embodiment includes a unit represented by the formula (1) as a repeating unit, and a divalent hydrocarbon in a repeating direction (in the main chain) as described later. It may further contain a group such as a divalent alkyl group. As will be described later, polymethacrylate (hereinafter simply referred to as “POSS-containing PMA”) as a polymer chain having a POSS-containing functional group in the side chain is particularly desirable.

前記のPOSSは、かご型の1価の基であり、例えば、次式(a)から(e)で示されるものが挙げられる。   The POSS is a cage-type monovalent group, and examples thereof include those represented by the following formulas (a) to (e).

(但し、前記各式中、Rは、メチル基、エチル基、イソブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、フェニル基、又はイソオクチル基であり、前記各式中の各Rは、同一でも異なっていてもよい) (In the above formulas, R is a methyl group, an ethyl group, an isobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a phenyl group, or an isooctyl group, and each R in the formulas may be the same or different. Good)

中でも、POSSを有する高分子ブロック共重合体として望ましいものは、ポリメチルメタクリレート−ブロック−ポリ3−(3,5,7,9,11,13,15−ヘプタイソブチル−ペンタシクロ[9.5.13,9.15,15.17,13]オクタシロキサン−1−イル)プロピルメタクリレート(以下、PMMA−b−PMAPOSSと略記することがある)、ポリスチレン−ブロック−ポリ3−(3,5,7,9,11,13,15−ヘプタイソブチル−ペンタシクロ[9.5.13,9.15,15.17,13]オクタシロキサン−1−イル)プロピルメタクリレート(以下、PS−b−PMAPOSSと略記することがある)、及びポリエチレン−ブロック−ポリ3−(3,5,7,9,11,13,15−ヘプタイソブチル−ペンタシクロ[9.5.13,9.15,15.17,13]オクタシロキサン−1−イル)プロピルメタクリレート(以下、PEO−b−PMAPOSSと略記することがある)である。しかしながら、本発明に使用可能な高分子ブロック共重合体は、これに限定されるものではなく、前記のとおり、第1セグメントA1、及び第2セグメントA2のうちのいずれか一方に、POSSを含むと共に、前記のミクロ相分離構造を形成できるものであればよい。
中でも、次式(2)で示されるPMMA−ブロック−PMAPOSSは、望ましい高分子ブロック共重合体の一つである。
Among them, a polymer block copolymer having POSS is preferably polymethyl methacrylate-block-poly-3- (3,5,7,9,11,13,15-heptaisobutyl-pentacyclo [9.5.1 3, 9 .1 5,15 .1 7,13 ] octasiloxane-1-yl) propyl methacrylate (hereinafter sometimes abbreviated as PMMA-b-PMAPOSS), polystyrene-block-poly 3- (3,5,7 , 9,11,13,15- hepta isobutyl - pentacyclo [9.5.1 3,9 .1 5,15 .1 7,13] octasiloxane-1-yl) propyl methacrylate (hereinafter abbreviated as PS-b-PMAPOSS to it there is), and polyethylene - block - poly 3 (3,5,7,9,11,13,15- hepta isobutyl - pentacyclo [9.5.1 3,9 .1 5,15 .1 7,13 ] Octasiloxane-1-yl) propyl methacrylate (hereinafter abbreviated as PEO-b-PMAPOSS) It is there). However, the polymer block copolymer that can be used in the present invention is not limited to this, and as described above, one of the first segment A1 and the second segment A2 contains POSS. In addition, any material can be used as long as it can form the microphase separation structure.
Among these, PMMA-block-PMAPOSS represented by the following formula (2) is one of desirable polymer block copolymers.

(但し、前記式(2)中、Rは、メチル基、エチル基、イソブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、フェニル基、又はイソオクチル基であり、式中の各Rは、同一でも異なっていてもよく、nは1〜200の整数であり、mは1〜50の整数である) (In the formula (2), R is a methyl group, an ethyl group, an isobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a phenyl group, or an isooctyl group, and each R in the formula may be the same or different. Well, n is an integer from 1 to 200, and m is an integer from 1 to 50)

なお、高分子ブロック共重合体は適切な方法で合成すれば良いが、ミクロ相分離の規則性を向上するためには、可能な限り分子量分布が狭い合成手法が好ましい。適用可能な合成手法としては、前記したように、リビングアニオン重合法が挙げられる。また、高分子ブロック共重合体に、高分子ブロック共重合体を構成する各セグメントと同じ組成を有する高分子鎖のみからなるホモポリマをブレンドすることにより、体積百分率を所望の値に調整することもできる。その場合においても、ブレンドに用いるホモポリマの分子量分布が狭いものを用いるのが望ましい。   The polymer block copolymer may be synthesized by an appropriate method, but in order to improve the regularity of the microphase separation, a synthesis method having a molecular weight distribution as narrow as possible is preferable. As described above, as an applicable synthesis method, a living anion polymerization method may be mentioned. It is also possible to adjust the volume percentage to a desired value by blending the polymer block copolymer with a homopolymer consisting only of polymer chains having the same composition as each segment constituting the polymer block copolymer. it can. Even in that case, it is desirable to use a homopolymer having a narrow molecular weight distribution used for blending.

このような高分子ブロック共重合体としては、第1セグメントA1と第2セグメントA2との末端同士が結合しているAB型の高分子ジブロック共重合体を想定している。また、AB型の高分子ジブロック共重合体の両末端は、例えば、水素原子、低級アルキル基(例えば、メチル基)で封止することができる。   As such a polymer block copolymer, an AB type polymer diblock copolymer in which the ends of the first segment A1 and the second segment A2 are bonded to each other is assumed. Further, both ends of the AB type polymer diblock copolymer can be sealed with, for example, a hydrogen atom or a lower alkyl group (for example, a methyl group).

以上のような球形状のミクロドメイン101を形成するようにミクロ相分離する高分子ブロック共重合体は、前記したように、連続相102を形成する第1セグメントA1(POSS含有セグメント)の体積百分率が70%〜75%となっている。
これに対して、シリンダ形状のミクロドメイン101を形成するようにミクロ相分離する高分子ブロック共重合体は、連続相102を形成する第1セグメントA1(POSS含有セグメント)の体積百分率が53%〜63%となっている。
そして、このシリンダ形状のミクロドメイン101のサイズ(例えば、図2(b)に示す条形状の幅W(シリンダ形状の直径D))は、高分子ブロック共重合体の分子量に応じて決定される。
The polymer block copolymer that undergoes microphase separation so as to form the spherical microdomain 101 as described above is, as described above, the volume percentage of the first segment A1 (POSS-containing segment) that forms the continuous phase 102. Is 70% to 75%.
On the other hand, the polymer block copolymer that microphase-separates so as to form the cylindrical microdomain 101 has a volume percentage of the first segment A1 (POSS-containing segment) that forms the continuous phase 102 of 53% or more. 63%.
The size of the cylinder-shaped microdomain 101 (for example, the width W 0 (cylinder-shaped diameter D 0 ) shown in FIG. 2B) is determined according to the molecular weight of the polymer block copolymer. Is done.

(化学的修飾基板)
次に、高分子ブロック共重合体をミクロ相分離させる際に使用する基板104について説明する。図5(a)から(f)は、本発明の高分子薄膜の形成に使用する基板の表面に、パターン化された化学的修飾層を形成する工程の説明図である。
(Chemically modified substrate)
Next, the substrate 104 used for microphase separation of the polymer block copolymer will be described. FIGS. 5A to 5F are explanatory views of a process of forming a patterned chemically modified layer on the surface of a substrate used for forming the polymer thin film of the present invention.

本実施形態での基板104(図1(a)参照)は、前記したように、パターン化された化学的修飾層401(図5(f)参照)を有している。
本実施形態での基板104は、シリコン(Si)製のものを想定しているが、この基板104の材料としては、後記する微細構造体60,60a(図7(b)及び(d)参照)の用途に応じて、例えば、ガラス、チタニア等の無機物、GaAsのような半導体、銅、タンタル、チタンのような金属、エポキシ樹脂、ポリイミド等の有機物(合成樹脂)からなるものが挙げられる。
なお、基板104は、その表面にハードマスク層を有するものであってもよい。このハードマスク層としては、例えば、カーボン、窒化カーボン、シリコン、酸化シリコン等からなるもの、又はこれらの層が積層されたものが挙げられる。
As described above, the substrate 104 (see FIG. 1A) in the present embodiment has the chemically modified layer 401 (see FIG. 5F) patterned.
The substrate 104 in this embodiment is assumed to be made of silicon (Si), but the material of the substrate 104 is a microstructure 60, 60a (see FIGS. 7B and 7D) described later. ), For example, inorganic materials such as glass and titania, semiconductors such as GaAs, metals such as copper, tantalum, and titanium, and organic materials (synthetic resins) such as epoxy resins and polyimides.
Note that the substrate 104 may have a hard mask layer on a surface thereof. As this hard mask layer, for example, a layer made of carbon, carbon nitride, silicon, silicon oxide, or the like, or a layer in which these layers are stacked can be cited.

化学的修飾層401の形成方法としては、例えば、基板104の表面に高分子ブロック共重合体の重合開始の基点となる官能基をカップリング法等によりまず導入し、その重合開始点から高分子を重合する方法、或いは基板104の表面と化学的にカップリングする官能基を末端、又は主鎖中に有する高分子を合成し、その後に基板104の表面にカップリング化する方法等が挙げられる。特に、後者の方法は簡便であり推奨される。   As a method for forming the chemically modified layer 401, for example, a functional group that is a starting point for the start of polymerization of the polymer block copolymer is first introduced into the surface of the substrate 104 by a coupling method or the like. And a method of synthesizing a polymer having a functional group chemically coupled to the surface of the substrate 104 in the terminal or main chain, and then coupling to the surface of the substrate 104. . In particular, the latter method is simple and recommended.

ここでは、ポリスチレンを基板104の表面にカップリング化してポリスチレングラフト膜からなる化学的修飾層401を形成する方法について説明する。
まず、図示は省略するが、末端に水酸基を有するポリスチレンを既定のリビング重合により合成する。次に、基板104を酸素プラズマに暴露し、又はピラニア溶液に浸漬することによって、基板104の表面に形成された自然酸化膜が有する水酸基の密度を高める。そして、末端に水酸基を有するポリスチレンのトルエン等の有機溶剤溶液を、基板104上に付与して成膜する。その後、この基板104を、真空オーブン等を用いて、真空雰囲気下で72時間程度、140℃程度の温度で加熱する。この処理により、基板104の表面の水酸基と、ポリスチレン末端の水酸基とが脱水縮合することによって、基板104の表面近傍のポリスチレンが基板104と結合する。
Here, a method for coupling the polystyrene to the surface of the substrate 104 to form the chemically modified layer 401 made of a polystyrene graft film will be described.
First, although illustration is omitted, polystyrene having a hydroxyl group at the terminal is synthesized by a predetermined living polymerization. Next, the density of the hydroxyl groups of the natural oxide film formed on the surface of the substrate 104 is increased by exposing the substrate 104 to oxygen plasma or immersing the substrate 104 in a piranha solution. Then, an organic solvent solution such as polystyrene toluene having a hydroxyl group at the terminal is applied onto the substrate 104 to form a film. Thereafter, the substrate 104 is heated at a temperature of about 140 ° C. for about 72 hours in a vacuum atmosphere using a vacuum oven or the like. By this treatment, the hydroxyl group on the surface of the substrate 104 and the hydroxyl group at the end of the polystyrene undergo dehydration condensation, so that the polystyrene near the surface of the substrate 104 is bonded to the substrate 104.

これにより、図5(a)に示すように、基板104上にポリスチレングラフト膜からなる化学的修飾層401が形成される。
なお、ポリスチレンを基板104の表面にグラフト化する場合、グラフト化するポリスチレンの分子量については特に制限はないが、数平均分子量で1,000程度から10,000程度とするのが望ましい。このような範囲内の数平均分子量を有するポリスチレンは、ポリスチレングラフト膜の厚さを、好適な数nm程度に制御することができる。
As a result, as shown in FIG. 5A, a chemically modified layer 401 made of a polystyrene graft film is formed on the substrate 104.
In the case of grafting polystyrene onto the surface of the substrate 104, the molecular weight of the polystyrene to be grafted is not particularly limited, but is preferably about 1,000 to 10,000 in terms of number average molecular weight. Polystyrene having a number average molecular weight within such a range can control the thickness of the polystyrene graft film to a suitable level of several nm.

次に、基板104の表面に設けた化学的修飾層401(ポリスチレングラフト膜)をパターン化する。パターン化とは、後に詳しく説明するように、高分子薄膜Mの連続相102中で分布するミクロドメイン101(図1(a)及び図2(a)参照)の配列に対応するように、化学的修飾層401(ポリスチレングラフト膜)とは化学的性質の相違するパターン部を形成することを意味する。
パターン化(パターニング)の方法は、所望のパターンサイズに応じてフォトリソグラフィーや電子線(EB)描画法等の公知のパターン化技術を適用すればよい。
Next, the chemical modification layer 401 (polystyrene graft film) provided on the surface of the substrate 104 is patterned. As will be described in detail later, the patterning is a chemical process corresponding to the arrangement of the microdomains 101 (see FIGS. 1A and 2A) distributed in the continuous phase 102 of the polymer thin film M. The chemically modified layer 401 (polystyrene graft film) means that a pattern portion having different chemical properties is formed.
As a patterning method, a known patterning technique such as photolithography or an electron beam (EB) drawing method may be applied according to a desired pattern size.

ここではフォトリソグラフィーを使用してパターン化する方法を例示すると、図5(b)に示すように、化学的修飾層401(ポリスチレングラフト膜)の表面には、レジスト膜402が形成される。   Here, as an example of a patterning method using photolithography, as shown in FIG. 5B, a resist film 402 is formed on the surface of the chemically modified layer 401 (polystyrene graft film).

次いで、図5(c)に示すように、そのレジスト膜402が露光によってパターン化され、更に現像処理が施されることによって、図5(d)に示すように、レジスト膜402がパターンマスク化される。   Next, as shown in FIG. 5C, the resist film 402 is patterned by exposure, and further subjected to development processing, whereby the resist film 402 is formed into a pattern mask as shown in FIG. 5D. Is done.

そして、図5(e)に示すように、パターンマスク化されたレジスト膜402を介して酸素プラズマ処理等の手法で化学的修飾層401をエッチングする。最後に、残留している化学的修飾層401の上にあるレジスト膜402を取り除けば、図5(f)に示すように、パターン化されたポリスチレングラフト膜からなる化学的修飾層401が得られる。   Then, as shown in FIG. 5E, the chemically modified layer 401 is etched by a method such as oxygen plasma treatment through a resist film 402 that is formed into a pattern mask. Finally, by removing the resist film 402 on the remaining chemically modified layer 401, a chemically modified layer 401 made of a patterned polystyrene graft film is obtained as shown in FIG. 5 (f). .

つまり、図5(f)に示すように、基板104上は、化学的修飾層401(ポリスチレングラフト膜)からなる第1領域106と、基板104の露出面104aからなる第2領域107とに分けられる。言い換えれば、第1領域106と第2領域107とは、化学的性質の相違するように形成される。   That is, as shown in FIG. 5F, the substrate 104 is divided into a first region 106 made of a chemically modified layer 401 (polystyrene graft film) and a second region 107 made of an exposed surface 104a of the substrate 104. It is done. In other words, the first region 106 and the second region 107 are formed so as to have different chemical properties.

本実施形態では、高分子薄膜M(図1(a)参照)の形成材料である、高分子ブロック共重合体の第2セグメントA2(図4参照)の成分の第2領域107に対する濡れ性が、第1領域106よりも良好となるように形成される。
その結果、第2セグメントA2(図4参照)で形成されるミクロドメイン101が第2領域107に配置され、それ以外の第1領域106には、第1セグメントA1(図4参照)で形成される連続相102が配置されることとなる。
つまり、目的とする(予め設定した)図1(b)に示すミクロドメイン101同士の間隔L、並びに高分子ブロック共重合体の第1セグメントA1及び第2セグメントA2の重合度に応じて、第2領域107を六方最密構造となるように配置する。そして、前記した関係式 100・D/L≧53を満たす、直径Dの球形状のミクロドメイン101を形成する前記高分子ブロック共重合体を、当該基板104上でミクロ相分離させることによって、本実施形態に係る高分子薄膜Mを製造することができる。
In this embodiment, the wettability of the component of the second segment A2 (see FIG. 4) of the polymer block copolymer, which is the material for forming the polymer thin film M (see FIG. 1A), to the second region 107 is high. The first region 106 is formed to be better.
As a result, the microdomain 101 formed by the second segment A2 (see FIG. 4) is arranged in the second region 107, and the other first region 106 is formed by the first segment A1 (see FIG. 4). The continuous phase 102 is disposed.
That is, according to the target (preset) interval L 0 between the microdomains 101 shown in FIG. 1B and the degree of polymerization of the first segment A1 and the second segment A2 of the polymer block copolymer, The second region 107 is arranged so as to have a hexagonal close-packed structure. Then, the polymer block copolymer that forms the spherical microdomain 101 having the diameter D 0 that satisfies the relational expression 100 · D 0 / L 0 ≧ 53 is microphase-separated on the substrate 104. Thus, the polymer thin film M according to this embodiment can be manufactured.

また、シリンダ形状のミクロドメイン101を有する高分子薄膜M(図1(a)参照)を製造する場合には、目的とする(予め設定した)図2(b)に示すミクロドメイン101同士の間隔L(条形状の幅W)並びに高分子ブロック共重合体の第1セグメントA1及び第2セグメントA2の重合度に応じて、第2領域107を、第1領域106を挟んで縞状となるように配置する。そして、前記した関係式 100・W/L≧47 を満たす、幅W(直径D)のシリンダ形状のミクロドメイン101を形成する前記高分子ブロック共重合体を、当該基板104上でミクロ相分離させることによって、本実施形態に係る高分子薄膜Mを製造することができる。 Moreover, when manufacturing the polymer thin film M (refer FIG. 1A) which has the micro domain 101 of a cylinder shape, the space | interval of the micro domains 101 shown in FIG. In accordance with L 0 (strip-shaped width W 0 ) and the degree of polymerization of the first segment A1 and the second segment A2 of the polymer block copolymer, the second region 107 is striped with the first region 106 in between. Arrange so that Then, the polymer block copolymer that forms the cylindrical microdomain 101 having a width W 0 (diameter D 0 ) that satisfies the relational expression 100 · W 0 / L 0 ≧ 47 is formed on the substrate 104. The polymer thin film M according to this embodiment can be manufactured by microphase separation.

ちなみに、第2セグメントA2(図4参照)の成分の濡れ性が良好な第2領域107の配列周期(間隔)は、ミクロドメイン101同士の間隔Lの自然数倍になるように設定される。 Incidentally, the array period of the second segment A2 (see FIG. 4) of the components of the wettability good second region 107 (interval) is set to be a natural number multiple of the spacing L 0 of the micro domains 101 together .

なお、本発明の高分子薄膜Mの製造方法で使用される、パターン化された化学的修飾層401は、これに限定されるものではない。
図6(a)から(c)は、基板上に配置される、パターン化された化学的修飾層の態様を示す断面模式図である。
The patterned chemical modification layer 401 used in the method for producing the polymer thin film M of the present invention is not limited to this.
FIGS. 6A to 6C are schematic cross-sectional views showing an embodiment of a patterned chemically modified layer disposed on a substrate.

図6(b)に示すように、化学的修飾層401は、基板104の表面で露出するように複数埋め込まれることでパターン化されている。つまり、基板104の露出面に対して化学的性質が異なる領域を形成するように、化学的修飾層401が離散的に配置されることで特許請求の範囲にいう「パターン部」が形成されている。ちなみに、化学的修飾層401の形成方法としては、例えば、基板104にリソグラフィー法等を適用して所定のパターンの凹部を形成しておき、この凹部内に化学的修飾層401を充填配置する方法を採用することができる。   As illustrated in FIG. 6B, the chemical modification layer 401 is patterned by being embedded in a plurality so as to be exposed on the surface of the substrate 104. That is, the chemical modification layer 401 is discretely arranged so as to form regions having different chemical properties with respect to the exposed surface of the substrate 104, thereby forming the “pattern portion” as defined in the claims. Yes. Incidentally, as a method of forming the chemically modified layer 401, for example, a method of forming a recess having a predetermined pattern by applying a lithography method or the like to the substrate 104, and filling and arranging the chemically modified layer 401 in the recess. Can be adopted.

図6(c)に示すように、基板104の表面には、相互に化学的性質の異なる2種類の化学的修飾層401,403がパターン化されて配置されている。
ちなみに、化学的修飾層401,403の形成方法としては、例えば、図5(a)から(f)に示す化学的修飾層401の形成方法と同様にして、基板104の表面に化学的修飾層401を形成しておき、その後、基板104の露出面を埋めるように化学的修飾層401同士の間に化学的修飾層403を配置する方法を採用することができる。
As shown in FIG. 6C, two types of chemically modified layers 401 and 403 having different chemical properties are arranged in a pattern on the surface of the substrate 104.
Incidentally, as a method of forming the chemically modified layers 401 and 403, for example, the chemically modified layer 401 is formed on the surface of the substrate 104 in the same manner as the method of forming the chemically modified layer 401 shown in FIGS. 401 can be formed, and then a method in which the chemically modified layer 403 is disposed between the chemically modified layers 401 so as to fill the exposed surface of the substrate 104 can be employed.

本発明においては、以上のような化学的修飾層401,403による化学的制御法に限定されるものではなく、例えば、立体的制御法(グラフォエピタキシー)を用いることもできる。ちなみに、この立体的制御法(グラフォエピタキシー)は、図示しないが、基板102の表面に凹部(例えば、溝、穴等)を形成すると共に、この凹部に本実施形態に係る高分子ブロック共重合体を充填してミクロ相分離を発現させるものである。これにより、発現したミクロドメインは、凹部の壁面に沿って配列し、ミクロドメインの規則構造の方向性が制御されて欠陥の発生が抑制されることとなる。   The present invention is not limited to the chemical control method using the chemically modified layers 401 and 403 as described above. For example, a steric control method (graphoepitaxy) can also be used. Incidentally, although this three-dimensional control method (graphoepitaxy) is not shown, a recess (for example, a groove, a hole, etc.) is formed on the surface of the substrate 102, and the polymer block co-polymerization according to the present embodiment is formed in the recess. The coalescence is filled to develop microphase separation. As a result, the developed microdomains are arranged along the wall surface of the recess, the directionality of the regular structure of the microdomains is controlled, and the occurrence of defects is suppressed.

(微細構造体及びその製造方法)
次に、前記した高分子薄膜Mを利用して得られる微細構造体について説明する。ここで参照する図7(a)から(d)は、本実施形態での高分子薄膜を利用して得られる微細構造体の製造方法を説明するための工程図である。なお、図7(a)から(d)では、パターン化した基板104の表面についてはその記載を省略している。以下の説明において、微細構造体とは、その表面にミクロ相分離構造の規則的な配列のパターンに対応する凹凸面が形成されているものを指す。
(Microstructure and manufacturing method thereof)
Next, a fine structure obtained using the polymer thin film M will be described. FIGS. 7A to 7D referred to here are process diagrams for explaining a manufacturing method of a fine structure obtained by using the polymer thin film in the present embodiment. In FIGS. 7A to 7D, the description of the patterned surface of the substrate 104 is omitted. In the following description, the fine structure refers to a surface on which an uneven surface corresponding to a regular arrangement pattern of a microphase separation structure is formed.

この製造方法では、図7(a)に示すように、連続相102と、球形状のミクロドメイン101とからなるミクロ相分離構造を有する高分子薄膜Mが準備される。符号104は基板である。   In this manufacturing method, as shown in FIG. 7A, a polymer thin film M having a microphase separation structure including a continuous phase 102 and a spherical microdomain 101 is prepared. Reference numeral 104 denotes a substrate.

次に、この製造方法では、図7(b)に示すように、ミクロドメイン101(図7(a)参照)が除去されることで、基板104と、複数の微細孔Hが規則的に配列した多孔質薄膜31とを備える微細構造体60が得られる。
なお、ここでは連続相102及びミクロドメイン101(図7(a)参照)のいずれかが除去されればよく、図示しないが、微細構造体60は、ミクロ相分離構造のうち連続相102が除去されることで、複数のシリンダ形状が規則的に配列したものであってもよい。
Next, in this manufacturing method, as shown in FIG. 7B, by removing the micro domains 101 (see FIG. 7A), the substrate 104 and the plurality of micro holes H are regularly arranged. A microstructure 60 including the porous thin film 31 thus obtained is obtained.
Here, it is sufficient that either the continuous phase 102 or the microdomain 101 (see FIG. 7A) is removed. Although not shown, the fine structure 60 is formed by removing the continuous phase 102 from the microphase separation structure. By doing so, a plurality of cylinder shapes may be regularly arranged.

高分子薄膜Mの連続相102又はシリンダ形状のミクロドメイン101(図2(a)参照)のいずれか一方を除去する方法としては、リアクティブイオンエッチング(RIE)、その他のエッチング法により連続相102とミクロドメイン101とのエッチングレートの差を利用する方法が挙げられる。   As a method for removing either the continuous phase 102 of the polymer thin film M or the cylindrical micro domain 101 (see FIG. 2A), the continuous phase 102 can be obtained by reactive ion etching (RIE) or other etching methods. And a method using the difference in etching rate between the microdomain 101 and the microdomain 101.

また、連続相102及びミクロドメイン101のいずれか一方に金属原子等をドープすることによりエッチングの選択性を向上させることも可能である。   In addition, it is possible to improve etching selectivity by doping one of the continuous phase 102 and the microdomain 101 with a metal atom or the like.

また、微細構造体60は、連続相102及びミクロドメイン101のうちのいずれか一方を除去した後に、残存した連続相102及びミクロドメイン101のうちのいずれか一方をマスクとして基板104をエッチングして得られるものであってもよい。
つまり、図7(b)に示す連続相102のように、残存した他方の高分子層(多孔質薄膜31)をマスクとして基板104をRIEやプラズマエッチング法でエッチング加工する。その結果、図7(c)に示すように、微細孔Hを介して除去された高分子層(多孔質薄膜31)の部位に対応する基板104の表面部位が加工され、ミクロ分離構造のパターンが基板104の表面に転写されることになる。
Further, after removing either one of the continuous phase 102 and the microdomain 101, the microstructure 60 is formed by etching the substrate 104 using either the remaining continuous phase 102 or the microdomain 101 as a mask. It may be obtained.
That is, like the continuous phase 102 shown in FIG. 7B, the substrate 104 is etched by RIE or plasma etching using the remaining polymer layer (porous thin film 31) as a mask. As a result, as shown in FIG. 7C, the surface portion of the substrate 104 corresponding to the portion of the polymer layer (porous thin film 31) removed through the fine holes H is processed, and the pattern of the micro separation structure is obtained. Is transferred to the surface of the substrate 104.

そして、この微細構造体60の表面に残存した多孔質薄膜31をRIE又は溶媒で除去すると、図7(d)に示すように、球形状のミクロドメイン101(図7(a)参照)に対応したパターンを有する微細孔Hが表面に形成された基板104として、微細構造体60aが得られることになる。
つまり、本発明は、基板104と多孔質薄膜31とからなる微細構造体60であってもよいし、微細孔Hが形成された基板104自体からなる微細構造体60aであってもよい。
なお、図7(a)から(d)に示す微細構造体の製造方法においては、基板104の表面に直に高分子薄膜Mを形成する構成について説明したが、本発明は基板104の表面に前記したハードマスク層(図示省略)を形成した後、このハードマスク層を介して高分子薄膜Mを形成する微細構造体の製造方法とすることもできる。
Then, when the porous thin film 31 remaining on the surface of the microstructure 60 is removed by RIE or a solvent, as shown in FIG. 7D, it corresponds to the spherical micro domain 101 (see FIG. 7A). The fine structure 60a is obtained as the substrate 104 on which the fine holes H having the pattern are formed.
That is, the present invention may be a fine structure 60 composed of the substrate 104 and the porous thin film 31, or may be a fine structure 60a composed of the substrate 104 itself in which the fine holes H are formed.
7A to 7D, the structure in which the polymer thin film M is formed directly on the surface of the substrate 104 has been described. However, the present invention is not limited to the surface of the substrate 104. After forming the above-described hard mask layer (not shown), a method for manufacturing a fine structure in which the polymer thin film M is formed through the hard mask layer can also be used.

前記した製造方法により得られた微細構造体60,60aは、その表面に形成されるパターンの凹凸面が微細で、かつアスペクト比が大きいことから、種々の用途に適用される。
例えば、製造された微細構造体60,60aの表面を、ナノインプリント法等により被転写体に繰り返し密着させることにより、同じ規則的な配列のパターンを表面に有する微細構造体60,60aのレプリカを大量に製造するような用途に供することができる。
The fine structures 60 and 60a obtained by the manufacturing method described above are applied to various applications because the uneven surface of the pattern formed on the surface is fine and the aspect ratio is large.
For example, the surface of the manufactured fine structures 60, 60a is repeatedly brought into close contact with the transfer target by a nanoimprint method or the like, so that a large number of replicas of the fine structures 60, 60a having the same regular arrangement pattern on the surface. It can be used for applications such as manufacturing.

次に、ナノインプリント法により微細構造体60,60a(以下、符号を省略して単に「微細構造体」と称する)の凹凸面の微細なパターンを所定の被転写体に転写する方法について示す。
第1の方法は、作製した微細構造体を被転写体に直接インプリントして規則的な配列のパターンを転写する方法である(本方法を、熱インプリント法という)。この方法は、被転写体が直接インプリントすることが可能な材質である場合に適する。例えばポリスチレンに代表される熱可塑性樹脂を被転写体とする場合に、熱可塑性樹脂をガラス転移温度以上に加熱した後に、微細構造体をこの被転写体に押し当てて密着させ、ガラス転移温度以下まで冷却した後に微細構造体を被転写体の表面から離型するとレプリカを得ることができる。
Next, a method for transferring a fine pattern on the concavo-convex surface of the fine structures 60, 60a (hereinafter, simply referred to as “fine structure” by a nanoimprint method) to a predetermined transfer target will be described.
The first method is a method of imprinting a manufactured microstructure directly on a transfer target to transfer a regular array pattern (this method is called a thermal imprint method). This method is suitable when the material to be transferred is a material that can be directly imprinted. For example, when a thermoplastic resin typified by polystyrene is used as a transfer object, after the thermoplastic resin is heated to a temperature higher than the glass transition temperature, the fine structure is pressed against the transfer object to be in close contact with the glass transition temperature or lower. A replica can be obtained by releasing the fine structure from the surface of the transfer object after cooling to the minimum.

また、第2の方法として、微細構造体がガラス等の光透過性の材質である場合は、光硬化性樹脂を被転写体(図示せず)として適用する(本方法を、光インプリント法という)。この光硬化性樹脂を微細構造体に密着させた後に光を照射すると、この光硬化性樹脂は硬化するので、微細構造体を離型して、硬化後の光硬化性樹脂(被転写体)をレプリカとして用いることができる。   Further, as a second method, when the fine structure is a light transmissive material such as glass, a photocurable resin is applied as a transfer target (not shown) (this method is a photoimprint method). Called). When light is irradiated after the photo-curable resin is brought into close contact with the fine structure, the photo-curable resin is cured. Therefore, the fine structure is released, and the photo-curable resin (cured material) after curing is released. Can be used as a replica.

また、このような光インプリント法において、例えば、ガラス基板を被転写体(図示せず)とする場合に、微細構造体と、ガラス基板とを重ねた隙間に光硬化性樹脂を介在させて密着し、これに光を照射する。そして、この光硬化性樹脂を硬化させた後に微細構造体を離型して、表面に凹凸を有する硬化後の光硬化性樹脂をマスクとし、プラズマやイオンビーム等でガラス基板上に規則配列パターンをエッチング加工する転写方法もある。   Further, in such an optical imprint method, for example, when a glass substrate is used as a transfer target (not shown), a photocurable resin is interposed in a gap between the fine structure and the glass substrate. Adhere to it and irradiate it with light. Then, after the photocurable resin is cured, the fine structure is released, and the cured photocurable resin having irregularities on the surface is used as a mask, and a regular arrangement pattern is formed on the glass substrate by plasma or ion beam. There is also a transfer method in which the etching process is performed.

以上のような本発明の実施形態によれば、高分子ブロック共重合体の占める体積のうち、第2セグメントA2が形成するミクロドメイン101の形状(例えば、球形状、シリンダ形状等)に応じて、連続相102を形成する高分子ブロック共重合体の第1セグメントA1の体積百分率が、所定の範囲となるように制御されている。つまり、球形状のミクロドメイン101を有する高分子薄膜Mは、第1セグメントA1の体積百分率が70%〜75%であり、シリンダ形状のミクロドメイン101を有する高分子薄膜Mは、第1セグメントA1の体積百分率が53%〜63%である。
そして、本発明は、このような構成をとることによって、ミクロドメイン101のサイズを増大させている。
According to the embodiment of the present invention as described above, according to the shape (for example, spherical shape, cylinder shape, etc.) of the microdomain 101 formed by the second segment A2 in the volume occupied by the polymer block copolymer. The volume percentage of the first segment A1 of the polymer block copolymer forming the continuous phase 102 is controlled to be within a predetermined range. That is, the polymer thin film M having the spherical microdomain 101 has a volume percentage of the first segment A1 of 70% to 75%, and the polymer thin film M having the cylindrical microdomain 101 has the first segment A1. The volume percentage is 53% to 63%.
In the present invention, the size of the microdomain 101 is increased by adopting such a configuration.

一方、従来のミクロ相分離する高分子薄膜では、ミクロドメイン間隔Lに対するミクロドメインの直径Dが小さ過ぎて、高精度に基板をエッチング加工することが困難となっていたところ、これに対して、本発明では、前記の構成により、ミクロドメイン101のサイズを増大させることができるので、高精度に基板104をエッチング加工することができる。 On the other hand, in the conventional polymer films that microphase separation, too small a diameter D 0 of the micro domains for microdomains distance L 0, where it has been difficult to etching the substrate with high precision, whereas In the present invention, since the size of the microdomain 101 can be increased by the above-described configuration, the substrate 104 can be etched with high accuracy.

ちなみに、従来の高分子薄膜、例えばポリスチレン−ブロック−ポリメチルメタクリレート共重合体(PS−b−PMMA)の薄膜では、ポリスチレンからなる高分子ブロック鎖(連続相を形成する第1セグメントに対応)の体積百分率が87%程度以下となると、ミクロドメインが球形状を維持できなくなって、球形状からシリンダ形状にそのミクロ相分離構造を変化させるところ、本実施形態によれば、第1セグメントA1の体積百分率が70%程度となってもミクロドメイン101が球形状を十分に維持することができる。   Incidentally, in a conventional polymer thin film, for example, a polystyrene-block-polymethylmethacrylate copolymer (PS-b-PMMA) thin film, a polymer block chain made of polystyrene (corresponding to the first segment forming a continuous phase). When the volume percentage is about 87% or less, the micro domain cannot maintain the spherical shape, and the micro phase separation structure is changed from the spherical shape to the cylindrical shape. According to this embodiment, the volume of the first segment A1 is changed. Even when the percentage is about 70%, the microdomain 101 can sufficiently maintain the spherical shape.

また、従来の高分子薄膜では、ポリスチレンからなる高分子ブロック鎖(連続相を形成する第1セグメントに対応)の体積百分率が67%程度以下となると、ミクロドメインがシリンダ形状を維持できなくなって、シリンダ形状からラメラ形状にそのミクロ相分離構造を変化させるところ、本実施形態によれば、第1セグメントA1の体積百分率が
53%程度となってもミクロドメイン101がシリンダ形状を十分に維持することができる。
つまり、本実施形態によれば、ミクロ相分離構造の変化点(変化領域)が従来の高分子薄膜と比較してシフトしていることにより、ミクロドメイン101同士の間隔Lに対するミクロドメイン101の直径Dを従来よりも増大させることができるともいえる。
In addition, in the conventional polymer thin film, when the volume percentage of the polymer block chain made of polystyrene (corresponding to the first segment forming the continuous phase) is about 67% or less, the microdomain cannot maintain the cylinder shape, When the microphase separation structure is changed from the cylinder shape to the lamellar shape, according to the present embodiment, the microdomain 101 sufficiently maintains the cylinder shape even if the volume percentage of the first segment A1 is about 53%. Can do.
That is, according to the present embodiment, the change point (change region) of the microphase separation structure is shifted as compared with the conventional polymer thin film, so that the microdomain 101 has a distance L 0 between the microdomains 101. it can be said that it is possible to increase than the conventional diameter D 0.

また、本発明の実施形態によれば、ミクロドメイン101の直径Dが、ミクロドメイン101同士の間隔Lの前記の所定の比以上となっているので、より確実に高精度に基板104をエッチング加工することができる。 Further, according to the embodiment of the present invention, since the diameter D 0 of the microdomain 101 is equal to or larger than the predetermined ratio of the interval L 0 between the microdomains 101, the substrate 104 can be more reliably and accurately provided. It can be etched.

そして、高分子薄膜M、微細構造体及びこれらのレプリカ等で例示される本発明の微細構造体は、広範囲に亘って規則性に優れ、欠陥の少ない構造を有するので、磁気記録媒体や光記録媒体等の情報記録媒体に適用可能である。また、このような本発明の微細構造体は、大規模集積回路部品や、レンズ、偏光板、波長フィルタ、発光素子、光集積回路等の光学部品、免疫分析、DNA分離、細胞培養等のバイオデバイスへの適用が可能である。   The fine structure of the present invention exemplified by the polymer thin film M, the fine structure, and replicas thereof has a structure with excellent regularity over a wide range and few defects. It can be applied to an information recording medium such as a medium. In addition, such a microstructure of the present invention includes large-scale integrated circuit components, optical components such as lenses, polarizing plates, wavelength filters, light-emitting elements, and optical integrated circuits, bioanalyses such as immunoassay, DNA separation, and cell culture. It can be applied to devices.

次に、本発明の実施例を示しながら本発明の奏する作用効果を更に具体的に説明する。
(実施例1)
実施例1では、まず高分子薄膜を形成するための高分子ブロック共重合体を用意した。具体的には、下記構造式(2)で示される高分子ブロック共重合体である。
Next, the effects of the present invention will be described more specifically with reference to examples of the present invention.
Example 1
In Example 1, a polymer block copolymer for forming a polymer thin film was first prepared. Specifically, it is a polymer block copolymer represented by the following structural formula (2).

(但し、前記式(2)中、Rはエチル基であり、mは42であり、nは16である) (However, in said Formula (2), R is an ethyl group, m is 42, and n is 16.)

この高分子ブロック共重合体は、シルセスキオキサン骨格からなる側鎖を有するポリメタクリレート(PMAPOSS:第1セグメントA1(図4参照))と、一般的な炭化水素系ポリマーとして知られるポリメチルメタクリレート(PMMA:第2セグメントA2(図4参照))を組み合わせたジブロック共重合体である。この高分子ブロック共重合体の数平均分子量Mnは、16,200であり、高分子ブロック共重合体の占める体積に対するPMAPOSSの体積比は74%である。
また、この高分子ブロック共重合体は、全体としての分子量分布の多分散指数Mw/Mnが1.04であった。
以下、この実施例1における高分子ブロック共重合体は、「第1の高分子ブロック共重合体」と称することがある。
This polymer block copolymer includes polymethacrylate (PMAPOSS: first segment A1 (see FIG. 4)) having a side chain composed of a silsesquioxane skeleton, and polymethyl methacrylate known as a general hydrocarbon polymer. It is a diblock copolymer in which (PMMA: second segment A2 (see FIG. 4)) is combined. The number average molecular weight Mn of this polymer block copolymer is 16,200, and the volume ratio of PMAPOSS to the volume occupied by the polymer block copolymer is 74%.
Further, this polymer block copolymer had a polydispersity index Mw / Mn of the molecular weight distribution as a whole of 1.04.
Hereinafter, the polymer block copolymer in Example 1 is sometimes referred to as “first polymer block copolymer”.

<高分子薄膜の作製>
シリコン製の基板上に、高分子ブロック共重合体の塗膜を形成した。そして、高分子ブロック共重合体の塗膜をミクロ相分離させることによって、本発明の高分子薄膜を得た。なお、このミクロ相分離工程は、180℃の熱アニールを24時間行うことで実施した。
<Preparation of polymer thin film>
A coating film of a polymer block copolymer was formed on a silicon substrate. And the polymer thin film of this invention was obtained by carrying out micro phase separation of the coating film of a polymer block copolymer. This microphase separation process was performed by performing thermal annealing at 180 ° C. for 24 hours.

次に、高分子薄膜のミクロ相分離の構造を走査型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製のSEM、型式S4800)で観察した。SEM観察は、加速電圧1.5kVの条件で実施した。なお、微細構造を正確に測定するため、SEM観察において通常帯電防止のために実施する試料表面へのPt等の蒸着は行わず、加速電圧を調整することで必要なコントラストを得た。   Next, the microphase separation structure of the polymer thin film was observed with a scanning electron microscope (SEM manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, model S4800). SEM observation was performed under the condition of an acceleration voltage of 1.5 kV. In order to accurately measure the fine structure, the necessary contrast was obtained by adjusting the acceleration voltage without performing deposition of Pt or the like on the surface of the sample, which is usually performed for the prevention of charging in SEM observation.

本実施例での高分子薄膜は、PMMA(第2セグメントA2(図4参照))からなる球形状の(平面視で微小円形状の、又はドット形状の)ミクロドメインと、PMAPOSS(第1セグメントA1(図4参照))からなる連続相とにミクロ相分離していた。
そして、ミクロドメイン同士の間隔Lに対するミクロドメインの直径Dの比(100・D/L)は、54%であった。
SEM観察の結果、試料には、ミクロ相分離の構造に由来するナノスケールの微細穴(球形状のミクロドメインの分解除去部分)がヘキサゴナルに配列していることが確認された。この時のSEM観察結果を図8(a)に示す。
The polymer thin film in the present example is a spherical microdomain (microcircular or dot-shaped in a plan view) made of PMMA (second segment A2 (see FIG. 4)) and PMAPOSS (first segment). It was microphase-separated into a continuous phase consisting of A1 (see FIG. 4).
Then, the ratio (100 · D 0 / L 0 ) of the diameter D 0 of the micro domains with respect to distance L 0 microdomains each other, was 54%.
As a result of SEM observation, it was confirmed that nanoscale fine holes (decomposed and removed portions of spherical microdomains) derived from the structure of microphase separation were arranged in the sample in a hexagonal manner. The SEM observation result at this time is shown in FIG.

<微細構造体の作製>
作製した高分子薄膜(ミクロ相分離構造)をマスク(レジスト)として、基板にエッチング加工を施した。ここでは前記の図7(a)から(f)で示した製造工程と同様にして微細構造体60aを作製した。
まず、図7(a)に示す高分子薄膜Mに反応性イオンエッチング(RIE)を施すことで、球形状のミクロドメイン101の上半分が削り取られる程度に高分子薄膜Mの上層の一部を除去した。
<Fabrication of microstructure>
Using the prepared polymer thin film (micro phase separation structure) as a mask (resist), the substrate was etched. Here, the fine structure 60a was manufactured in the same manner as the manufacturing process shown in FIGS.
First, by performing reactive ion etching (RIE) on the polymer thin film M shown in FIG. 7A, a part of the upper layer of the polymer thin film M is removed to such an extent that the upper half of the spherical microdomain 101 is removed. Removed.

これにより、連続相102に微小円形状のミクロドメイン101が、海島状に露出した高分子薄膜Mとなった。この反応性イオンエッチングには、CFガスが用いられたが、反応性イオンエッチングは、このCFガスに限られずに、PMAPOSS層(連続相102)を除去できれば他のCHFガス等を用いることもできる。 Thus, the polymer thin film M in which the micro-domains 101 having a microcircular shape were exposed in the sea phase in the continuous phase 102 was obtained. CF 4 gas is used for this reactive ion etching. However, reactive ion etching is not limited to this CF 4 gas, and other CHF 3 gas or the like can be used if the PMAPOSS layer (continuous phase 102) can be removed. You can also.

次に、連続相102に露出するPMMA(第2セグメントA2(図4参照))からなるミクロドメイン101を、Oガスの反応性イオンエッチングにより除去する。このとき、PMAPOSS(第1セグメントA1(図4参照))からなるからなる連続相102は、PMMA(第2セグメントA2(図4参照))からなるミクロドメイン101よりも、Oガスに対するエッチング耐性が高いために、図7(b)に示すように、ミクロドメイン101が選択的に除去されて、基板104と、複数の微細孔Hが規則的に配列した多孔質薄膜31とを備える微細構造体60が得られた。
なお、このミクロドメイン101を選択的に除去する反応性イオンエッチングには、Oガスを用いることが望ましいが、PMMA(ミクロドメイン101)を選択的に除去できれば他のガスを用いることもできる。
Next, the microdomain 101 made of PMMA (second segment A2 (see FIG. 4)) exposed to the continuous phase 102 is removed by reactive ion etching of O 2 gas. At this time, the continuous phase 102 made of PMAPOSS (first segment A1 (see FIG. 4)) is more resistant to etching against O 2 gas than the microdomain 101 made of PMMA (second segment A2 (see FIG. 4)). 7B, the microdomain 101 is selectively removed, and the microstructure includes the substrate 104 and the porous thin film 31 in which a plurality of micropores H are regularly arranged. A body 60 was obtained.
For reactive ion etching that selectively removes the microdomains 101, it is desirable to use O 2 gas, but other gases can be used as long as PMMA (microdomains 101) can be selectively removed.

次に、図7(b)に示す微細孔Hを有する多孔質薄膜31に、CFガスを使用した反応性イオンエッチングを施して、微細孔Hに対応する位置で基板104を露出させた。これにより、ミクロ相分離構造をテンプレートとしたマスク(図示省略)を形成することができる。 Next, reactive ion etching using CF 4 gas was performed on the porous thin film 31 having the fine holes H shown in FIG. 7B to expose the substrate 104 at positions corresponding to the fine holes H. Thereby, a mask (not shown) using the microphase separation structure as a template can be formed.

そして、このパターニングされたマスクを有する基板104に対して、HBrガス、又はClガスを使用した反応性イオンエッチングを施して、図7(c)に示すように、基板104に、深さ20nmの微細孔Hを形成した。 Then, the substrate 104 having the patterned mask is subjected to reactive ion etching using HBr gas or Cl 2 gas, and as shown in FIG. Micropores H were formed.

そして、図7(d)に示すように、基板104上に残った高分子薄膜M(多孔質薄膜31)の残渣をOアッシングによって除去することで、基板104にミクロドメイン101(図7(a)参照)のパターンが転写された微細構造体60aを得た。 Then, as shown in FIG. 7D, the residue of the polymer thin film M (porous thin film 31) remaining on the substrate 104 is removed by O 2 ashing, so that the micro domain 101 (FIG. A microstructure 60a to which the pattern of a) was transferred was obtained.

ちなみに、基板104に形成される微細孔H(図7(c)参照)のアスペクト比を向上させる目的で、基板104と自己組織化膜(高分子薄膜M)との間にハードマスクを挿入することもできる。このようなハードマスクとしては、基板104とのエッチング選択比が高い材料で形成されているものが望ましく、例えば、SiN、SiO、C等からなるものが挙げられる。   Incidentally, a hard mask is inserted between the substrate 104 and the self-assembled film (polymer thin film M) for the purpose of improving the aspect ratio of the fine holes H (see FIG. 7C) formed in the substrate 104. You can also. Such a hard mask is preferably made of a material having a high etching selectivity with respect to the substrate 104, and examples thereof include those made of SiN, SiO, C, and the like.

そして、本実施例で製造した微細構造体60aの表面をSEMで観察した結果、微細構造体60aは、ほぼ微細孔Hの連結や欠陥のない、微細孔Hが周期的に配列したものであることが確認できた。そのSEM像を図8(b)に示す。   Then, as a result of observing the surface of the fine structure 60a manufactured in this example with an SEM, the fine structure 60a is formed by periodically arranging the fine holes H substantially free of connection or defects of the fine holes H. I was able to confirm. The SEM image is shown in FIG.

なお、次の表1には、高分子ブロック共重合体の種類、第1セグメントA1の体積百分率(表1中、「PMAPOSSの体積分率」と記す)、ミクロドメインの固有周期d(nm)、ミクロドメインの直径(表1中、「ドット直径」と記す)、及びパターン転写結果を記載した。
なお、表1の「パターン転写結果」については、得られた微細構造体60aの表面に、ほぼ微細孔Hの連結や欠陥がなく、その表面の微細孔Hが周期的に配列しているものを「○」と評価し、その表面に微細孔Hの連結や欠陥が認められるもの、又は微細孔Hが周期的に配列していないものを「×」と評価した。
In the following Table 1, the type of the polymer block copolymer, the volume percentage of the first segment A1 (indicated as “volume fraction of PMAPOSS” in Table 1), the natural period d 0 (nm of the microdomain) ), The diameter of the microdomain (indicated as “dot diameter” in Table 1), and the pattern transfer result.
In addition, regarding the “pattern transfer result” in Table 1, the surface of the obtained fine structure 60a is substantially free from connection or defect of the fine holes H, and the fine holes H on the surface are periodically arranged. Was evaluated as “◯”, and those in which the connection and defects of the fine holes H were observed on the surface, or those in which the fine holes H were not periodically arranged were evaluated as “x”.

(比較例1)
比較例1では、前記式(2)で示され、Rがエチル基、mが22、nが18、数平均分子量Mnが15,800、PMAPOSS(第1セグメントA1(図4参照))の体積比が86%、多分散指数Mw/Mnが1.06である高分子ブロック共重合体(以下、これを「第4の高分子ブロック共重合体」と称することがある)を使用して、実施例1と同様に、高分子薄膜M、及び微細構造体60aを作製した。
そして、実施例1と同様に、高分子薄膜Mの表面、及び微細構造体60aの表面をSEMにて観察した。
SEM観察の結果、試料には、ミクロ相分離の構造に由来するナノスケールの微細穴(球形状のミクロドメインの分解除去部分)がヘキサゴナルに配列していることが確認された。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, the volume represented by the formula (2), where R is an ethyl group, m is 22, n is 18, number average molecular weight Mn is 15,800, PMAPOSS (first segment A1 (see FIG. 4)). Using a polymer block copolymer having a ratio of 86% and a polydispersity index Mw / Mn of 1.06 (hereinafter sometimes referred to as “fourth polymer block copolymer”), In the same manner as in Example 1, the polymer thin film M and the fine structure 60a were produced.
And similarly to Example 1, the surface of the polymer thin film M and the surface of the fine structure 60a were observed with SEM.
As a result of SEM observation, it was confirmed that nanoscale fine holes (decomposed and removed portions of spherical microdomains) derived from the structure of microphase separation were arranged in the sample in a hexagonal manner.

ミクロドメイン同士の間隔Lに対するミクロドメインの直径Dの比(100・D/L)は、48%であった。 The ratio (100 · D 0 / L 0 ) of the diameter D 0 of the micro domains with respect to distance L 0 microdomains each other, was 48%.

この時のSEM観察結果を図8(c)に示す。また、この比較例1で作製した微細構造体60aの表面をSEMで観察した(図8(d))。その結果、微細構造体60aには、微細孔Hの連結や欠陥が認められた。
表1に、高分子ブロック共重合体の種類、第1セグメントA1の体積百分率(表1中、「PMAPOSSの体積分率」と記す)、ミクロドメインの固有周期d(nm)、ミクロドメインの直径(表1中、「ドット直径」と記す)、及びパターン転写結果を記載した。
The SEM observation result at this time is shown in FIG. Moreover, the surface of the fine structure 60a produced in the comparative example 1 was observed with an SEM (FIG. 8D). As a result, the connection of the fine holes H and defects were observed in the fine structure 60a.
Table 1 shows the types of the polymer block copolymer, the volume percentage of the first segment A1 (indicated as “volume fraction of PMAPOSS” in Table 1), the natural period d 0 (nm) of the microdomain, The diameter (denoted as “dot diameter” in Table 1) and the pattern transfer result are described.

(実施例2)
実施例2では、前記式(2)で示され、Rがエチル基、mが51、nが16、数平均分子量Mnが17,000、PMAPOSS(第1セグメントA1(図4参照))の体積比が70%、多分散指数Mw/Mnが1.05である高分子ブロック共重合体(以下、これを「第2の高分子ブロック共重合体」と称することがある)を使用して、実施例1と同様に、高分子薄膜M、及び微細構造体60aを作製した。
(Example 2)
In Example 2, the volume represented by the formula (2), where R is an ethyl group, m is 51, n is 16, number average molecular weight Mn is 17,000, PMAPOSS (first segment A1 (see FIG. 4)). Using a polymer block copolymer having a ratio of 70% and a polydispersity index Mw / Mn of 1.05 (hereinafter, this may be referred to as “second polymer block copolymer”), In the same manner as in Example 1, the polymer thin film M and the fine structure 60a were produced.

そして、実施例1と同様に、高分子薄膜Mの表面、及び微細構造体60aの表面をSEMにて観察した。
SEM観察の結果、試料には、ミクロ相分離の構造に由来するナノスケールの微細穴(球形状のミクロドメインの分解除去部分)がヘキサゴナルに配列していることが確認された。
And similarly to Example 1, the surface of the polymer thin film M and the surface of the fine structure 60a were observed with SEM.
As a result of SEM observation, it was confirmed that nanoscale fine holes (decomposed and removed portions of spherical microdomains) derived from the structure of microphase separation were arranged in the sample in a hexagonal manner.

ミクロドメイン同士の間隔Lに対するミクロドメインの直径Dの比(100・D/L)は、55%であった。
また、この実施例2で作製した微細構造体60aの表面をSEMで観察した。その結果、微細構造体60aは、ほぼ微細孔Hの連結や欠陥のない、微細孔Hが周期的に配列したものであることが確認できた。
The ratio (100 · D 0 / L 0 ) of the diameter D 0 of the micro domains with respect to distance L 0 microdomains each other, was 55%.
Further, the surface of the fine structure 60a produced in Example 2 was observed with an SEM. As a result, it was confirmed that the fine structure 60a was formed by periodically arranging the fine holes H substantially without any connection or defect of the fine holes H.

表1に、高分子ブロック共重合体の種類、第1セグメントA1の体積百分率(表1中、「PMAPOSSの体積分率」と記す)、ミクロドメインの固有周期d(nm)、ミクロドメインの直径(表1中、「ドット直径」と記す)、及びパターン転写結果を記載した。 Table 1 shows the types of the polymer block copolymer, the volume percentage of the first segment A1 (indicated as “volume fraction of PMAPOSS” in Table 1), the natural period d 0 (nm) of the microdomain, The diameter (denoted as “dot diameter” in Table 1) and the pattern transfer result are described.

(実施例3)
実施例3では、前記式(2)で示され、Rがエチル基、mが40、nが16、数平均分子量Mnが15,900、PMAPOSS(第1セグメントA1(図4参照))の体積比が75%、多分散指数Mw/Mnが1.04である高分子ブロック共重合体(以下、これを「第3の高分子ブロック共重合体」と称することがある)を使用して、実施例1と同様に、高分子薄膜M、及び微細構造体60aを作製した。
(Example 3)
In Example 3, the volume represented by the formula (2), where R is an ethyl group, m is 40, n is 16, number average molecular weight Mn is 15,900, and PMAPOSS (first segment A1 (see FIG. 4)). Using a polymer block copolymer having a ratio of 75% and a polydispersity index Mw / Mn of 1.04 (hereinafter sometimes referred to as “third polymer block copolymer”), In the same manner as in Example 1, the polymer thin film M and the fine structure 60a were produced.

そして、実施例1と同様に、高分子薄膜Mの表面、及び微細構造体60aの表面をSEMにて観察した。
SEM観察の結果、試料には、ミクロ相分離の構造に由来するナノスケールの微細穴(球形状のミクロドメインの分解除去部分)がヘキサゴナルに配列していることが確認された。
And similarly to Example 1, the surface of the polymer thin film M and the surface of the fine structure 60a were observed with SEM.
As a result of SEM observation, it was confirmed that nanoscale fine holes (decomposed and removed portions of spherical microdomains) derived from the structure of microphase separation were arranged in the sample in a hexagonal manner.

ミクロドメイン同士の間隔Lに対するミクロドメインの直径Dの比(100・D/L)は、53%であった。
また、この実施例3で作製した微細構造体60aの表面をSEMで観察した。その結果、微細構造体60aは、ほぼ微細孔Hの連結や欠陥のない、微細孔Hが周期的に配列したものであることが確認できた。
The ratio (100 · D 0 / L 0 ) of the diameter D 0 of the micro domains with respect to distance L 0 microdomains each other, was 53%.
Further, the surface of the fine structure 60a produced in Example 3 was observed with an SEM. As a result, it was confirmed that the fine structure 60a was formed by periodically arranging the fine holes H substantially without any connection or defect of the fine holes H.

表1に、検討に供した高分子ブロック共重合体の種類、第1セグメントA1の体積百分率(表1中、「PMAPOSSの体積分率」と記す)、固有周期d(nm)、得られた球形状ミクロドメインの間隔L及び直径D(表1中、「PMMAドメインの間隔」及び「PMMAドメインの直径」と記す)、並びにパターン転写結果を記載した。 Table 1 shows the types of polymer block copolymers used for the study, the volume percentage of the first segment A1 (indicated as “PMAPOSS volume fraction” in Table 1), and the natural period d 0 (nm). The distance L 0 and the diameter D 0 of the spherical microdomains (indicated as “PMMA domain distance” and “PMMA domain diameter” in Table 1) and the pattern transfer result are described.

(比較例2)
比較例2では、前記式(2)で示され、Rがエチル基、mが38、nが16、数平均分子量Mnが15,700、PMAPOSS(第1セグメントA1(図4参照))の体積比が76%、多分散指数Mw/Mnが1.04である高分子ブロック共重合体(以下、これを「第5の高分子ブロック共重合体」と称することがある)を使用して、実施例1と同様に、高分子薄膜M、及び微細構造体60aを作製した。
そして、実施例1と同様に、高分子薄膜Mの表面、及び微細構造体60aの表面をSEMにて観察した。
SEM観察の結果、試料には、ミクロ相分離の構造に由来するナノスケールの微細穴(球形状のミクロドメインの分解除去部分)がヘキサゴナルに配列していることが確認された。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, the volume represented by the formula (2), where R is an ethyl group, m is 38, n is 16, number average molecular weight Mn is 15,700, PMAPOSS (first segment A1 (see FIG. 4)). Using a polymer block copolymer having a ratio of 76% and a polydispersity index Mw / Mn of 1.04 (hereinafter sometimes referred to as “fifth polymer block copolymer”), In the same manner as in Example 1, the polymer thin film M and the fine structure 60a were produced.
And similarly to Example 1, the surface of the polymer thin film M and the surface of the fine structure 60a were observed with SEM.
As a result of SEM observation, it was confirmed that nanoscale fine holes (decomposed and removed portions of spherical microdomains) derived from the structure of microphase separation were arranged in the sample in a hexagonal manner.

ミクロドメイン同士の間隔Lに対するミクロドメインの直径Dの比(100・D/L)は、52%であった。 The ratio (100 · D 0 / L 0 ) of the diameter D 0 of the micro domains with respect to distance L 0 microdomains each other, was 52%.

また、この比較例2で作製した微細構造体60aの表面をSEMで観察した。その結果、微細構造体60aには、僅かながら微細孔Hの連結や欠陥が認められた。
表1に、高分子ブロック共重合体の種類、第1セグメントA1の体積百分率(表1中、「PMAPOSSの体積分率」と記す)、ミクロドメインの固有周期d(nm)、ミクロドメインの直径(表1中、「ドット直径」と記す)、及びパターン転写結果を記載した。
Moreover, the surface of the fine structure 60a produced in this comparative example 2 was observed with SEM. As a result, a slight connection of the fine holes H and defects were observed in the fine structure 60a.
Table 1 shows the types of the polymer block copolymer, the volume percentage of the first segment A1 (indicated as “volume fraction of PMAPOSS” in Table 1), the natural period d 0 (nm) of the microdomain, The diameter (denoted as “dot diameter” in Table 1) and the pattern transfer result are described.

(比較例3)
比較例3では、前記式(2)で示され、Rがエチル基、mが30、nが16、数平均分子量Mnが14,900、PMAPOSS(第1セグメントA1(図4参照))の体積比が80%、多分散指数Mw/Mnが1.07である高分子ブロック共重合体(以下、これを「第6の高分子ブロック共重合体」と称することがある)を使用して、実施例1と同様に、高分子薄膜M、及び微細構造体60aを作製した。
そして、実施例1と同様に、高分子薄膜Mの表面、及び微細構造体60aの表面をSEMにて観察した。
SEM観察の結果、試料には、ミクロ相分離の構造に由来するナノスケールの微細穴(球形状のミクロドメインの分解除去部分)がヘキサゴナルに配列していることが確認された。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, the volume represented by the formula (2), where R is an ethyl group, m is 30, n is 16, number average molecular weight Mn is 14,900, PMAPOSS (first segment A1 (see FIG. 4)). Using a polymer block copolymer having a ratio of 80% and a polydispersity index Mw / Mn of 1.07 (hereinafter sometimes referred to as “sixth polymer block copolymer”), In the same manner as in Example 1, the polymer thin film M and the fine structure 60a were produced.
And similarly to Example 1, the surface of the polymer thin film M and the surface of the fine structure 60a were observed with SEM.
As a result of SEM observation, it was confirmed that nanoscale fine holes (decomposed and removed portions of spherical microdomains) derived from the structure of microphase separation were arranged in the sample in a hexagonal manner.

ミクロドメイン同士の間隔Lに対するミクロドメインの直径Dの比(100・D/L)は、51%であった。 The ratio (100 · D 0 / L 0 ) of the diameter D 0 of the micro domains to the distance L 0 between the micro domains was 51%.

また、この比較例2で作製した微細構造体60aの表面をSEMで観察した。その結果、微細構造体60aには、微細孔Hの連結や欠陥が認められた。
表1に、高分子ブロック共重合体の種類、第1セグメントA1の体積百分率(表1中、「PMAPOSSの体積分率」と記す)、ミクロドメインの固有周期d(nm)、ミクロドメインの直径(表1中、「ドット直径」と記す)、及びパターン転写結果を記載した。
Moreover, the surface of the fine structure 60a produced in this comparative example 2 was observed with SEM. As a result, the connection of the fine holes H and defects were observed in the fine structure 60a.
Table 1 shows the types of the polymer block copolymer, the volume percentage of the first segment A1 (indicated as “volume fraction of PMAPOSS” in Table 1), the natural period d 0 (nm) of the microdomain, The diameter (denoted as “dot diameter” in Table 1) and the pattern transfer result are described.

(実施例4)
実施例4では、前記式(2)で示され、Rがエチル基、mが62、nが14、数平均分子量Mnが17,100、PMAPOSS(第1セグメントA1(図4参照))の体積比が63%、多分散指数Mw/Mnが1.04である高分子ブロック共重合体(以下、これを「第7の高分子ブロック共重合体」と称することがある)を使用して、実施例1と同様に、高分子薄膜M、及び微細構造体60aを作製した。
Example 4
In Example 4, the volume represented by the formula (2), where R is an ethyl group, m is 62, n is 14, number average molecular weight Mn is 17,100, and PMAPOSS (first segment A1 (see FIG. 4)). Using a polymer block copolymer having a ratio of 63% and a polydispersity index Mw / Mn of 1.04 (hereinafter sometimes referred to as “seventh polymer block copolymer”), In the same manner as in Example 1, the polymer thin film M and the fine structure 60a were produced.

そして、実施例1と同様に、高分子薄膜Mの表面、及び微細構造体60aの表面をSEMにて観察した。
SEM観察の結果、試料には、ミクロ相分離の構造に由来するナノスケールの微細ライン構造(シリンダ形状のミクロドメインの分解除去部分)が等間隔に並列していることが確認された。この時のSEM観察結果を図9(a)に示す。
And similarly to Example 1, the surface of the polymer thin film M and the surface of the fine structure 60a were observed with SEM.
As a result of SEM observation, it was confirmed that nanoscale fine line structures derived from the structure of microphase separation (decomposed and removed portions of cylinder-shaped microdomains) were arranged in parallel in the sample at equal intervals. The SEM observation result at this time is shown in FIG.

ミクロドメイン同士の間隔Lに対するミクロドメイン(条形状)の幅Wの比(100・W/L)は、47%であった。
また、この実施例4で作製した微細構造体60aの表面をSEMで観察した。その結果、微細構造体60aの表面には、ラインアンドスペース構造が形成され、スペースの連結や欠陥のない、ラインアンドスペースの繰り返しが周期的に配列したものであることが確認できた。
この時のSEM観察結果を図9(b)に示す。
The ratio (100 · W 0 / L 0 ) of the width W 0 of the microdomain (strip shape) to the interval L 0 between the microdomains was 47%.
Further, the surface of the fine structure 60a produced in Example 4 was observed with an SEM. As a result, it was confirmed that a line-and-space structure was formed on the surface of the fine structure 60a, and the repetition of line-and-space without connection and defects was periodically arranged.
The SEM observation result at this time is shown in FIG.

なお、次の表2には、高分子ブロック共重合体の種類、第1セグメントA1の体積百分率(表2中、「PMAPOSSの体積分率」と記す)、ミクロドメインの固有周期d(nm)、シリンダ形状のミクロドメインの直径(表2中、「PMMAドメインの直径」と記す)、及びパターン転写結果を記載した。 In the following Table 2, the kind of the polymer block copolymer, the volume percentage of the first segment A1 (indicated as “PMAPOSS volume fraction” in Table 2), the natural period d 0 of the microdomain (nm ), The diameter of the cylinder-shaped microdomain (referred to as “PMMA domain diameter” in Table 2), and the pattern transfer result.

表1の「パターン転写結果」については、得られた微細構造体60aの表面に、ラインアンドスペース構造が形成され、ラインの連結や欠陥のない、ラインアンドスペースの繰り返しが周期的に配列したものを「○」と評価し、その表面にラインの連結や欠陥が認められるもの、又はラインアンドスペースの繰り返しが周期的に配列していないものを「×」と評価した。   Regarding the “pattern transfer result” in Table 1, a line-and-space structure is formed on the surface of the obtained fine structure 60a, and line-and-space repetition without line connection or defect is periodically arranged. Was evaluated as “◯”, and “×” was evaluated as a case where a line connection or a defect was observed on the surface, or a case where the repetition of line and space was not periodically arranged.

(比較例4)
比較例4では、前記式(2)で示され、Rがエチル基、mが55、nが14、数平均分子量Mnが16,100、PMAPOSS(第1セグメントA1(図4参照))の体積比が66%、多分散指数Mw/Mnが1.06である高分子ブロック共重合体(以下、これを「第10の高分子ブロック共重合体」と称することがある)を使用して、実施例1と同様に、高分子薄膜M、及び微細構造体60aを作製した。
そして、実施例1と同様に、高分子薄膜Mの表面、及び微細構造体60aの表面をSEMにて観察した。SEM観察の結果、試料には、ミクロ相分離の構造に由来するナノスケールの微細ライン構造(シリンダ形状のミクロドメインの分解除去部分)が等間隔に並列していることが確認された。この時のSEM観察結果を図9(c)に示す。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, the volume represented by the formula (2), where R is an ethyl group, m is 55, n is 14, number average molecular weight Mn is 16,100, PMAPOSS (first segment A1 (see FIG. 4)). Using a polymer block copolymer having a ratio of 66% and a polydispersity index Mw / Mn of 1.06 (hereinafter sometimes referred to as “tenth polymer block copolymer”), In the same manner as in Example 1, the polymer thin film M and the fine structure 60a were produced.
And similarly to Example 1, the surface of the polymer thin film M and the surface of the fine structure 60a were observed with SEM. As a result of SEM observation, it was confirmed that nanoscale fine line structures derived from the structure of microphase separation (decomposed and removed portions of cylinder-shaped microdomains) were arranged in parallel in the sample at equal intervals. The SEM observation result at this time is shown in FIG.

ミクロドメイン同士の間隔Lに対するミクロドメイン(条形状)の幅Wの比(100・W/L)は、45%であった。
また、この比較例4で作製した微細構造体60aの表面をSEMで観察した。その結果、微細構造体60aの表面には、ラインの連結や欠陥が認められると共に、微細構造体60aは、ラインアンドスペースの繰り返しが周期的に配列していなかった。
この時のSEM観察結果を図9(d)に示す。
The ratio (100 · W 0 / L 0 ) of the width W 0 of the microdomain (strip shape) to the interval L 0 between the microdomains was 45%.
In addition, the surface of the fine structure 60a produced in Comparative Example 4 was observed with an SEM. As a result, line connections and defects were observed on the surface of the fine structure 60a, and the fine structure 60a was not periodically arranged with repeated lines and spaces.
The SEM observation result at this time is shown in FIG.

表2には、高分子ブロック共重合体の種類、第1セグメントA1の体積百分率(表2中、「PMAPOSSの体積分率」と記す)、ミクロドメインの固有周期d(nm)、シリンダ形状のミクロドメインの直径(表2中、「PMMAドメインの直径」と記す)、及びパターン転写結果を記載した。 Table 2 shows the type of the polymer block copolymer, the volume percentage of the first segment A1 (indicated as “volume fraction of PMAPOSS” in Table 2), the microdomain natural period d 0 (nm), and the cylinder shape. The diameter of the microdomain (referred to as “PMMA domain diameter” in Table 2) and the pattern transfer result are shown.

(実施例5)
実施例5では、前記式(2)で示され、Rがエチル基、mが82、nが13、数平均分子量Mnが18,700、PMAPOSS(第1セグメントA1(図4参照))の体積比が56%、多分散指数Mw/Mnが1.05である高分子ブロック共重合体(以下、これを「第8の高分子ブロック共重合体」と称することがある)を使用して、実施例1と同様に、高分子薄膜M、及び微細構造体60aを作製した。
(Example 5)
In Example 5, the volume represented by the formula (2), where R is an ethyl group, m is 82, n is 13, number average molecular weight Mn is 18,700, PMAPOSS (first segment A1 (see FIG. 4)). Using a polymer block copolymer having a ratio of 56% and a polydispersity index Mw / Mn of 1.05 (hereinafter, this may be referred to as “eighth polymer block copolymer”), In the same manner as in Example 1, the polymer thin film M and the fine structure 60a were produced.

そして、実施例1と同様に、高分子薄膜Mの表面、及び微細構造体60aの表面をSEMにて観察した。
SEM観察の結果、試料には、ミクロ相分離の構造に由来するナノスケールの微細ライン構造(シリンダ形状のミクロドメインの分解除去部分)が等間隔に並列していることが確認された。
And similarly to Example 1, the surface of the polymer thin film M and the surface of the fine structure 60a were observed with SEM.
As a result of SEM observation, it was confirmed that nanoscale fine line structures derived from the structure of microphase separation (decomposed and removed portions of cylinder-shaped microdomains) were arranged in parallel in the sample at equal intervals.

ミクロドメイン同士の間隔Lに対するミクロドメイン(条形状)の幅Wの比(100・W/L)は、49%であった。
また、この実施例5で作製した微細構造体60aの表面をSEMで観察した。その結果、微細構造体60aの表面には、ラインアンドスペース構造が形成され、スペースの連結や欠陥のない、ラインアンドスペースの繰り返しが周期的に配列したものであることが確認できた。
The ratio (100 · W 0 / L 0 ) of the width W 0 of the microdomain (strip shape) to the interval L 0 between the microdomains was 49%.
Further, the surface of the fine structure 60a produced in Example 5 was observed with an SEM. As a result, it was confirmed that a line-and-space structure was formed on the surface of the fine structure 60a, and the repetition of line-and-space without connection and defects was periodically arranged.

表2には、高分子ブロック共重合体の種類、第1セグメントA1の体積百分率(表2中、「PMAPOSSの体積分率」と記す)、ミクロドメインの固有周期d(nm)、シリンダ形状のミクロドメインの直径(表2中、「PMMAドメインの直径」と記す)、及びパターン転写結果を記載した。 Table 2 shows the type of the polymer block copolymer, the volume percentage of the first segment A1 (indicated as “volume fraction of PMAPOSS” in Table 2), the microdomain natural period d 0 (nm), and the cylinder shape. The diameter of the microdomain (referred to as “PMMA domain diameter” in Table 2) and the pattern transfer result are shown.

(実施例6)
実施例6では、前記式(2)で示され、Rがエチル基、mが93、nが14、数平均分子量Mnが19,700、PMAPOSS(第1セグメントA1(図4参照))の体積比が53%、多分散指数Mw/Mnが1.04である高分子ブロック共重合体(以下、これを「第9の高分子ブロック共重合体」と称することがある)を使用して、実施例1と同様に、高分子薄膜M、及び微細構造体60aを作製した。
(Example 6)
In Example 6, the volume represented by the formula (2), where R is an ethyl group, m is 93, n is 14, number average molecular weight Mn is 19,700, PMAPOSS (first segment A1 (see FIG. 4)). Using a polymer block copolymer having a ratio of 53% and a polydispersity index Mw / Mn of 1.04 (hereinafter, this may be referred to as “the ninth polymer block copolymer”), In the same manner as in Example 1, the polymer thin film M and the fine structure 60a were produced.

そして、実施例1と同様に、高分子薄膜Mの表面、及び微細構造体60aの表面をSEMにて観察した。
SEM観察の結果、試料には、ミクロ相分離の構造に由来するナノスケールの微細ライン構造(シリンダ形状のミクロドメインの分解除去部分)が等間隔に並列していることが確認された。
And similarly to Example 1, the surface of the polymer thin film M and the surface of the fine structure 60a were observed with SEM.
As a result of SEM observation, it was confirmed that nanoscale fine line structures derived from the structure of microphase separation (decomposed and removed portions of cylinder-shaped microdomains) were arranged in parallel in the sample at equal intervals.

ミクロドメイン同士の間隔Lに対するミクロドメイン(条形状)の幅Wの比(100・W/L)は、50%であった。
また、この実施例6で作製した微細構造体60aの表面をSEMで観察した。その結果、微細構造体60aの表面には、ラインアンドスペース構造が形成され、スペースの連結や欠陥のない、ラインアンドスペースの繰り返しが周期的に配列したものであることが確認できた。
The ratio (100 · W 0 / L 0 ) of the width W 0 of the microdomain (strip shape) to the interval L 0 between the microdomains was 50%.
Further, the surface of the fine structure 60a produced in Example 6 was observed with an SEM. As a result, it was confirmed that a line-and-space structure was formed on the surface of the fine structure 60a, and the repetition of line-and-space without connection and defects was periodically arranged.

表2には、検討に供した高分子ブロック共重合体の種類、第1セグメントA1の体積百分率(表2中、「PMAPOSSの体積分率」と記す)、固有周期d(nm)、得られたシリンダ形状のミクロドメインの間隔L及び直径D(表2中、「PMMAドメインの間隔」及び「PMMAドメインの直径」と記す)、並びにパターン転写結果を記載した。 In Table 2, the type of the polymer block copolymer used for the study, the volume percentage of the first segment A1 (indicated as “volume fraction of PMAPOSS” in Table 2), natural period d 0 (nm), The spacing L 0 and the diameter D 0 (referred to as “PMMA domain spacing” and “PMMA domain diameter” in Table 2) and the pattern transfer result are shown.

(比較例5)
比較例5では、前記式(2)で示され、Rがエチル基、mが59、nが14、数平均分子量Mnが16,300、PMAPOSS(第1セグメントA1(図4参照))の体積比が66%、多分散指数Mw/Mnが1.04である高分子ブロック共重合体(以下、これを「第11の高分子ブロック共重合体」と称することがある)を使用して、実施例1と同様に、高分子薄膜M、及び微細構造体60aを作製した。
そして、実施例1と同様に、高分子薄膜Mの表面、及び微細構造体60aの表面をSEMにて観察した。SEM観察の結果、試料には、ミクロ相分離の構造に由来するナノスケールの微細ライン構造(シリンダ形状のミクロドメインの分解除去部分)が等間隔に並列していることが確認された。
(Comparative Example 5)
In Comparative Example 5, the volume represented by the formula (2), where R is an ethyl group, m is 59, n is 14, number average molecular weight Mn is 16,300, PMAPOSS (first segment A1 (see FIG. 4)). Using a polymer block copolymer having a ratio of 66% and a polydispersity index Mw / Mn of 1.04 (hereinafter, this may be referred to as “11th polymer block copolymer”), In the same manner as in Example 1, the polymer thin film M and the fine structure 60a were produced.
And similarly to Example 1, the surface of the polymer thin film M and the surface of the fine structure 60a were observed with SEM. As a result of SEM observation, it was confirmed that nanoscale fine line structures derived from the structure of microphase separation (decomposed and removed portions of cylinder-shaped microdomains) were arranged in parallel in the sample at equal intervals.

ミクロドメイン同士の間隔Lに対するミクロドメイン(条形状)の幅Wの比(100・W/L)は、46%であった。
また、この比較例5で作製した微細構造体60aの表面をSEMで観察した。その結果、微細構造体60aの表面には、ラインの連結や欠陥が認められると共に、微細構造体60aは、ラインアンドスペースの繰り返しが周期的に配列していなかった。
The ratio (100 · W 0 / L 0 ) of the width W 0 of the microdomain (strip shape) to the interval L 0 between the microdomains was 46%.
In addition, the surface of the fine structure 60a produced in Comparative Example 5 was observed with an SEM. As a result, line connections and defects were observed on the surface of the fine structure 60a, and the fine structure 60a was not periodically arranged with repeated lines and spaces.

(比較例6)
比較例6では、高分子ブロック共重合体として第1セグメントA1がポリスチレン(PS)、第2セグメントA2がポリメチルメタクリレート(PMMA)であるPS−b−PMMAを用いて高分子薄膜Mを形成した。PS−b−PMMAとしてはポリスチレンの体積分率が74%であるPS340−b−PMMA122(Mnが47,700、Mw/Mnが1.04)及び55%であるPS232−b−PMMA200(Mnが44,000、Mw/Mnが1.07)を用いた。
シリコン製の基板上に、PS−b−PMMAの塗膜を形成した。そして、高分子ブロック共重合体の塗膜をミクロ相分離させることによって、高分子薄膜Mを得た。なお、このミクロ相分離工程は、230℃の熱アニールを24時間行うことで実施した。
次に、高分子薄膜Mのミクロ相分離の構造をSEMにより観察した。その結果、体積分立が74%のPS−b−PMMAではシリンダ状のミクロドメインが間隔L=29nmで配列した構造を、体積分率が55%のPS−b−PMMAではラメラ状ミクロドメインが間隔L=25nmで配列した構造が形成していることが判明した。
以上の結果から、PS−b−PMMAではPS相の体積分率が74%において球形状の構造を得ることができないことが明らかとなった。また、PS相の体積分率が55%においてシリンダ形状の構造を得ることができないことが明らかとなった。
(Comparative Example 6)
In Comparative Example 6, the polymer thin film M was formed using PS-b-PMMA in which the first segment A1 is polystyrene (PS) and the second segment A2 is polymethyl methacrylate (PMMA) as the polymer block copolymer. . As PS-b-PMMA, PS 340- b-PMMA 122 (Mn is 47,700, Mw / Mn is 1.04) having a volume fraction of polystyrene of 74% and PS 232- b-PMMA having 55% is used. 200 (Mn 44,000, Mw / Mn 1.07) was used.
A PS-b-PMMA coating film was formed on a silicon substrate. And the polymer thin film M was obtained by carrying out the micro phase separation of the coating film of a polymer block copolymer. This microphase separation process was performed by performing thermal annealing at 230 ° C. for 24 hours.
Next, the microphase separation structure of the polymer thin film M was observed by SEM. As a result, PS-b-PMMA with a volume fraction of 74% has a structure in which cylindrical microdomains are arranged at an interval L 0 = 29 nm, and PS-b-PMMA with a volume fraction of 55% has a lamellar microdomain. It was found that a structure arranged with an interval L 0 = 25 nm was formed.
From the above results, it became clear that PS-b-PMMA cannot obtain a spherical structure when the volume fraction of the PS phase is 74%. It was also found that a cylinder-shaped structure cannot be obtained when the volume fraction of the PS phase is 55%.

(実施例7)
実施例7では、本実施形態に係る微細構造体60a(図7(d)参照)を使用した磁気記録媒体(ビットパターン媒体)の製造方法について適宜図面を参照しながら説明する。
次に参照する図10は、実施例7で作製した磁気記録媒体(微細構造体)の表面の構成を模式的に示す模式平面図である。なお、この磁気記録媒体300は、各記録ビットが分離されている所謂ビットパターン媒体(BPM)である。
(Example 7)
In Example 7, a method of manufacturing a magnetic recording medium (bit pattern medium) using the fine structure 60a (see FIG. 7D) according to the present embodiment will be described with reference to the drawings as appropriate.
Next, FIG. 10 to be referred to is a schematic plan view schematically showing the configuration of the surface of the magnetic recording medium (fine structure) produced in Example 7. The magnetic recording medium 300 is a so-called bit pattern medium (BPM) in which each recording bit is separated.

図10に示すように、磁気記録媒体300は、直径65mm、厚さ0.631mmの円盤状であり、基板301上に複数の磁性層及び他の層が堆積された構造となっている。基板301の中央部にはスピンドルに磁気記録媒体300を固定するための直径20mmの穴302が設けられている。   As shown in FIG. 10, the magnetic recording medium 300 has a disk shape with a diameter of 65 mm and a thickness of 0.631 mm, and has a structure in which a plurality of magnetic layers and other layers are deposited on a substrate 301. A hole 302 having a diameter of 20 mm for fixing the magnetic recording medium 300 to the spindle is provided at the center of the substrate 301.

複数の記録トラック303は穴302を中心に、同心円状に形成されており、非磁性体により磁気的に隣接トラックと分離された構造となっている。
磁気記録媒体300の最表面は、平坦化されており、記録トラック303と非磁性体領域の高さの差は5nm未満となっている。
The plurality of recording tracks 303 are formed concentrically around the hole 302, and are structured to be magnetically separated from adjacent tracks by a nonmagnetic material.
The outermost surface of the magnetic recording medium 300 is flattened, and the difference in height between the recording track 303 and the nonmagnetic material region is less than 5 nm.

また、磁気記録媒体300には、所望のトラック上の領域にアクセスし、記録再生動作を行うためのサーボパターン304も形成されている。
なお、図10ではサーボパターン304は模式的に曲線で示されているが、このサーボパターン304には、微細パターンが組み込まれて形成されている。
また、図10でのサーボパターン304は、作図の便宜上、12本で構成されているが、実際には磁気記録媒体300の1周を200分割し、各エリアにサーボパターン304が入るように設けられている。勿論サーボパターン304の数は、200個に限定されるものではなく記録再生特性から決定する必要がある。
また、磁気記録媒体300には、記録トラック303、サーボパターン304が形成されていない内周部306と外周部305を設けることができる。
The magnetic recording medium 300 is also formed with a servo pattern 304 for accessing a region on a desired track and performing a recording / reproducing operation.
In FIG. 10, the servo pattern 304 is schematically shown as a curve, but the servo pattern 304 is formed by incorporating a fine pattern.
Further, the servo pattern 304 in FIG. 10 is composed of twelve for convenience of drawing, but actually, it is provided so that one circumference of the magnetic recording medium 300 is divided into 200 and the servo pattern 304 enters each area. It has been. Of course, the number of servo patterns 304 is not limited to 200 and needs to be determined from the recording / reproducing characteristics.
Further, the magnetic recording medium 300 can be provided with an inner peripheral portion 306 and an outer peripheral portion 305 in which the recording track 303 and the servo pattern 304 are not formed.

次に、本発明の微細構造体の製造方法を利用した磁気記録媒体300の製造方法について説明する。なお、以下の説明における符号は、図10の磁気記録媒体300に付した符号に一致させている。
この製造方法においては、まず基板301上に軟磁性裏打層(SUL)を成長させた。
Next, a method for manufacturing the magnetic recording medium 300 using the method for manufacturing a microstructure according to the present invention will be described. Note that the reference numerals in the following description correspond to the reference numerals attached to the magnetic recording medium 300 in FIG.
In this manufacturing method, first, a soft magnetic backing layer (SUL) was grown on the substrate 301.

基板301の材料としては、例えば、ガラス、アルミニウム等の金属、シリコン等の半導体、セラミックス、ポリカーボネイト等の絶縁性樹脂等が挙げられる。
軟磁性裏打層は、Fe−Ta−C合金を採用し、真空チャンバー内でのスパッタ蒸着後、必要な熱処理を行った。軟磁性裏打層には媒体半径方向への磁気異方性をつけておくことが望ましい。
Examples of the material of the substrate 301 include metals such as glass and aluminum, semiconductors such as silicon, insulating resins such as ceramics and polycarbonate.
The soft magnetic backing layer employs an Fe—Ta—C alloy, and was subjected to necessary heat treatment after sputter deposition in a vacuum chamber. It is desirable to give magnetic anisotropy in the radial direction of the medium to the soft magnetic backing layer.

また、Fe−Ta−C合金に代えて他の軟磁性裏打層を用いても構わず、スパッタ蒸着以外の他の成長方法を採用しても構わない。必要に応じて基板301と軟磁性裏打層の間に、両者の密着性を高めるための密着層、軟磁性裏打層の結晶性を制御する中間層等を挿入することもできる。   In addition, other soft magnetic underlayers may be used instead of the Fe—Ta—C alloy, and other growth methods other than sputter deposition may be employed. If necessary, an adhesion layer for enhancing the adhesion between the substrate 301 and the soft magnetic backing layer, an intermediate layer for controlling the crystallinity of the soft magnetic backing layer, or the like can be inserted.

軟磁性裏打層の形成後に、記録層が真空中にてスパッタ蒸着により形成される。本実施例においては、記録層としてCo−Cr−Pt膜が採用されている。この材料は、膜面方向に対して垂直方向に磁化容易軸を有する特徴を有している。従って本実施例においては、磁気異方性の軸が基板301面に対してほぼ垂直となるようにスパッタ蒸着の条件が設定された。記録層として用いる磁性材料は、Co−Cr−Pt合金に限らず、他の材料でも構わない。特にグラニュラ膜と呼ばれるSiを含有した記録層は、本発明と相性がよい。さらに、記録層上には、基板加工用に保護層が形成された。保護層の材料には、シリコンナイトライド(SiN)膜が採用された。   After the formation of the soft magnetic backing layer, the recording layer is formed by sputter deposition in a vacuum. In this embodiment, a Co—Cr—Pt film is employed as the recording layer. This material is characterized by having an easy axis of magnetization in a direction perpendicular to the film surface direction. Therefore, in this embodiment, the sputter deposition conditions are set so that the axis of magnetic anisotropy is substantially perpendicular to the surface of the substrate 301. The magnetic material used for the recording layer is not limited to the Co—Cr—Pt alloy, and other materials may be used. In particular, a recording layer containing Si called a granular film is compatible with the present invention. Furthermore, a protective layer was formed on the recording layer for substrate processing. A silicon nitride (SiN) film was adopted as a material for the protective layer.

保護層としては、このSiNに限らず、他の材料でも構わない。そして、基板301の保護層上に、実施例5と同様にして高分子薄膜Mが形成された。その後、前記の図7(a)から(d)に示す工程を経ることによって、微細構造体60aが得られた。   The protective layer is not limited to this SiN, and other materials may be used. A polymer thin film M was formed on the protective layer of the substrate 301 in the same manner as in Example 5. Thereafter, through the steps shown in FIGS. 7A to 7D, a fine structure 60a was obtained.

そして、必要に応じて微細構造体60aの凹部に非磁性体が埋め込まれる。この非磁性体しては、例えば、SiOが挙げられる。この非磁性体は、基板301の上部から成長させた後に、エッチバック又は化学機械研磨(CMP)により平坦化されて形成される。そして、必要に応じて基板301上に保護膜や潤滑膜が形成されることによって、磁気記録媒体300が完成する。 Then, a nonmagnetic material is embedded in the concave portion of the fine structure 60a as necessary. An example of this non-magnetic material is SiO 2 . This non-magnetic material is formed by being grown from the top of the substrate 301 and then planarized by etch back or chemical mechanical polishing (CMP). Then, if necessary, a protective film and a lubricating film are formed on the substrate 301, whereby the magnetic recording medium 300 is completed.

本実施例では、記録層上に微細構造体60aを形成することにより、広範囲に亘って規則性に優れ、欠陥の少ない構造を有する磁気記録媒体300(ビットパターン媒体)の製造が可能となる。
なお、本実施例においては微細構造体をマスクとして記録層を加工したが、実施例5で作製したSi基板に転写された微細構造体を金型として、ナノインプリント工程で記録層を加工させることも可能である。また、基板301上に微細構造体60aを形成した後、その微細構造体60aの凹凸形状の上から各磁性膜を成長させることも可能である。
In this embodiment, by forming the fine structure 60a on the recording layer, it is possible to manufacture a magnetic recording medium 300 (bit pattern medium) having a structure with excellent regularity over a wide range and few defects.
In this example, the recording layer was processed using the microstructure as a mask. However, the recording layer may be processed in the nanoimprint process using the microstructure transferred to the Si substrate manufactured in Example 5 as a mold. Is possible. In addition, after the fine structure 60a is formed on the substrate 301, each magnetic film can be grown on the uneven shape of the fine structure 60a.

60 微細構造体
60a 微細構造体
101 ミクロドメイン
102 連続相
104 基板
300 磁気記録媒体
301 基板
401 化学的修飾層
402 レジスト膜
403 化学的修飾層
A1 第1セグメント
A2 第2セグメント
固有周期
ミクロドメインの直径
ミクロドメイン同士の間隔
M 高分子薄膜
60 fine structure 60a fine structure 101 micro domain 102 continuous phase 104 substrate 300 magnetic recording medium 301 substrate 401 chemically modified layer 402 resist film 403 chemically modified layer A1 first segment A2 second segment d 0 natural period D 0 micro Domain diameter L 0 Spacing between micro domains M Polymer thin film W 0 width

Claims (14)

少なくとも第1セグメント及び第2セグメントを有する高分子ブロック共重合体を含む高分子層を基板上に配置する第1工程と、
前記高分子層をミクロ相分離させて、前記第1セグメントを成分とする連続相中で前記第2セグメントを成分とする複数のミクロドメインを前記基板上に規則的に配列させる第2工程と、
を有する高分子薄膜の製造方法において、
前記高分子ブロック共重合体は、前記第1セグメントにシルセスキオキサン骨格を有し、
前記高分子層で前記高分子ブロック共重合体の占める体積のうち、前記第1セグメントの体積百分率が53%〜63%であり、前記ミクロドメインが前記基板に沿って延在するように並列するシリンダ形状であることを特徴とする高分子薄膜の製造方法。
A first step of disposing on a substrate a polymer layer comprising a polymer block copolymer having at least a first segment and a second segment;
A second step of microphase-separating the polymer layer and regularly arranging a plurality of microdomains having the second segment as components in the continuous phase having the first segment as a component;
In a method for producing a polymer thin film having
The polymer block copolymer has a silsesquioxane skeleton in the first segment,
Of the volume occupied by the polymer block copolymer in the polymer layer, the volume percentage of the first segment is 53% to 63%, and the microdomains extend in parallel along the substrate. A method for producing a polymer thin film characterized by having a cylinder shape.
少なくとも第1セグメント及び第2セグメントを有する高分子ブロック共重合体を含む高分子層を基板上に配置する第1工程と、
前記高分子層をミクロ相分離させて、前記第1セグメントを成分とする連続相中で前記第2セグメントを成分とする複数のミクロドメインを前記基板上に規則的に配列させる第2工程と、
を有する高分子薄膜の製造方法において、
前記高分子ブロック共重合体は、前記第1セグメントにシルセスキオキサン骨格を有し、
前記高分子層で前記高分子ブロック共重合体の占める体積のうち、前記第1セグメントの体積百分率が70%〜75%であり、前記ミクロドメインが球形状であることを特徴とする高分子薄膜の製造方法。
A first step of disposing on a substrate a polymer layer comprising a polymer block copolymer having at least a first segment and a second segment;
A second step of microphase-separating the polymer layer and regularly arranging a plurality of microdomains having the second segment as components in the continuous phase having the first segment as a component;
In a method for producing a polymer thin film having
The polymer block copolymer has a silsesquioxane skeleton in the first segment,
The polymer thin film characterized in that the volume percentage of the first segment is 70% to 75% of the volume occupied by the polymer block copolymer in the polymer layer, and the microdomain is spherical. Manufacturing method.
請求項1に記載の高分子薄膜の製造方法において、
シリンダ形状の前記ミクロドメインは、前記基板の法線方向から見た平面視で並列した複数の条形状を呈し、前記条形状の幅は前記条形状同士の間隔の47%以上であることを特徴とする高分子薄膜の製造方法。
In the manufacturing method of the polymer thin film of Claim 1,
The cylinder-shaped microdomain exhibits a plurality of strip shapes arranged in a plan view as viewed from the normal direction of the substrate, and the width of the strip shape is 47% or more of the interval between the strip shapes. A method for producing a polymer thin film.
請求項2に記載の高分子薄膜の製造方法において、
球形状の前記ミクロドメインは、前記基板の法線方向から見た平面視で微小円形状を呈し、前記微小円形状の直径は、前記微小円形状同士の間隔の53%以上であることを特徴とする高分子薄膜の製造方法。
In the manufacturing method of the polymer thin film of Claim 2,
The spherical microdomain has a microcircular shape in plan view as viewed from the normal direction of the substrate, and the diameter of the microcircular shape is 53% or more of the interval between the microcircular shapes. A method for producing a polymer thin film.
請求項1に記載の高分子薄膜の製造方法において、
シリンダ形状の前記ミクロドメイン同士の間隔が、5〜25nmであることを特徴とする高分子薄膜の製造方法。
In the manufacturing method of the polymer thin film of Claim 1,
A method for producing a polymer thin film, wherein the interval between the cylinder-shaped microdomains is 5 to 25 nm.
請求項2に記載の高分子薄膜の製造方法において、
球形状の前記ミクロドメイン同士の間隔が、5〜25nmであることを特徴とする高分子薄膜の製造方法。
In the manufacturing method of the polymer thin film of Claim 2,
A method for producing a polymer thin film, wherein the space between the spherical microdomains is 5 to 25 nm.
請求項1又は請求項2に記載の高分子薄膜の製造方法において、
前記第1工程において、前記連続相に対応するように前記基板に化学的修飾層を形成すると共に、前記ミクロドメインの配列に対応するように前記化学的修飾層とは化学的性質の相違するパターン部を有する工程を有することを特徴とする高分子薄膜の製造方法。
In the manufacturing method of the polymer thin film of Claim 1 or Claim 2,
In the first step, a chemically modified layer is formed on the substrate so as to correspond to the continuous phase, and a pattern having a chemical property different from that of the chemically modified layer so as to correspond to the arrangement of the microdomains. The manufacturing method of the polymer thin film characterized by having the process which has a part.
請求項7に記載の高分子薄膜の製造方法において、
前記パターン部の配列周期は、前記ミクロドメインの固有周期の自然数倍となっていることを特徴とする高分子薄膜の製造方法。
In the manufacturing method of the polymer thin film of Claim 7,
The method for producing a polymer thin film characterized in that the arrangement period of the pattern portions is a natural number times the natural period of the microdomain.
請求項8に記載の高分子薄膜の製造方法において、
前記化学的修飾層に対する前記パターン部の化学的性質の相違は、前記パターン部の前記第2セグメントの成分に対する濡れ性が前記化学的修飾層よりも良好であることを特徴とする高分子薄膜の製造方法。
In the manufacturing method of the polymer thin film of Claim 8,
The difference in chemical properties of the pattern part with respect to the chemically modified layer is that the wettability of the pattern part to the component of the second segment is better than that of the chemically modified layer. Production method.
少なくとも第1セグメント及び第2セグメントを有する高分子ブロック共重合体を含む高分子層を基板上に配置する第1工程と、
前記高分子層をミクロ相分離させて、前記第1セグメントを成分とする連続相中で前記第2セグメントを成分とする複数のミクロドメインを前記基板上に規則的に配列させる第2工程と、
前記高分子層の前記連続相及び前記ミクロドメインのうちの一方を除去する第3工程と、
を有する微細構造体の製造方法において、
前記高分子ブロック共重合体は、前記第1セグメントにシルセスキオキサン骨格を有し、
前記高分子層で前記高分子ブロック共重合体の占める体積のうち、前記第1セグメントの体積百分率が53%〜63%であり、前記ミクロドメインが前記基板に沿って延在するように並列するシリンダ形状であることを特徴とする微細構造体の製造方法。
A first step of disposing on a substrate a polymer layer comprising a polymer block copolymer having at least a first segment and a second segment;
A second step of microphase-separating the polymer layer and regularly arranging a plurality of microdomains having the second segment as components in the continuous phase having the first segment as a component;
A third step of removing one of the continuous phase and the microdomain of the polymer layer;
In the manufacturing method of the fine structure having
The polymer block copolymer has a silsesquioxane skeleton in the first segment,
Of the volume occupied by the polymer block copolymer in the polymer layer, the volume percentage of the first segment is 53% to 63%, and the microdomains extend in parallel along the substrate. A manufacturing method of a fine structure characterized by having a cylinder shape.
少なくとも第1セグメント及び第2セグメントを有する高分子ブロック共重合体を含む高分子層を基板上に配置する第1工程と、
前記高分子層をミクロ相分離させて、前記第1セグメントを成分とする連続相中で前記第2セグメントを成分とする複数のミクロドメインを前記基板上に規則的に配列させる第2工程と、
前記高分子層の前記連続相及び前記ミクロドメインのうちの一方を除去する第3工程と、
を有する微細構造体の製造方法において、
前記高分子ブロック共重合体は、前記第1セグメントにシルセスキオキサン骨格を有し、
前記高分子層で前記高分子ブロック共重合体の占める体積のうち、前記第1セグメントの体積百分率が70%〜75%であり、前記ミクロドメインが球形状であることを特徴とする微細構造体の製造方法。
A first step of disposing on a substrate a polymer layer comprising a polymer block copolymer having at least a first segment and a second segment;
A second step of microphase-separating the polymer layer and regularly arranging a plurality of microdomains having the second segment as components in the continuous phase having the first segment as a component;
A third step of removing one of the continuous phase and the microdomain of the polymer layer;
In the manufacturing method of the fine structure having
The polymer block copolymer has a silsesquioxane skeleton in the first segment,
Of the volume occupied by the polymer block copolymer in the polymer layer, the volume percentage of the first segment is 70% to 75%, and the micro domain is spherical. Manufacturing method.
請求項10又は請求項11に記載の微細構造体の製造方法において、
前記高分子層の前記連続相及び前記ミクロドメインのうちの一方を除去する前記第3工程の後に、残存した前記連続相及び前記ミクロドメインのうちの他方をマスクとして前記基板をエッチングする工程を更に有することを特徴とする微細構造体の製造方法。
In the manufacturing method of the fine structure according to claim 10 or claim 11,
After the third step of removing one of the continuous phase and the microdomain of the polymer layer, a step of etching the substrate using the other of the remaining continuous phase and the microdomain as a mask. A method for producing a fine structure, comprising:
請求項1又は請求項2に記載の高分子薄膜の製造方法によって得られることを特徴とする高分子薄膜。   A polymer thin film obtained by the method for producing a polymer thin film according to claim 1. 請求項10又は請求項11に記載の微細構造体の製造方法によって得られることを特徴とする微細構造体。   A fine structure obtained by the method for producing a fine structure according to claim 10 or 11.
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