JP4383796B2 - Nanostructure and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、量子デバイス、ナノインプリント用モールドとして用いられるナノ構造体及びその製造方法、また、磁気記録媒体に関する。   The present invention relates to a quantum device, a nanostructure used as a mold for nanoimprinting, a manufacturing method thereof, and a magnetic recording medium.

金属及び半導体の薄膜、細線、ドットなどでは、ある特徴的な長さより小さいサイズにおいて、電子の動きが閉じ込められることにより、特異な電気的、光学的、化学的性質を示すことがある。このような観点から、機能性材料として、100ナノメータ(nm)より微細な構造を有する材料(ナノ構造体)への関心が高まっている。   Metal and semiconductor thin films, thin wires, dots, and the like may exhibit unique electrical, optical, and chemical properties by confining the movement of electrons in a size smaller than a certain characteristic length. From such a viewpoint, as a functional material, interest in a material (nanostructure) having a structure finer than 100 nanometers (nm) is increasing.

ナノ構造体の製造方法としては、例えば、フォトリソグラフィを始め、電子線露光、X線露光等の微細パターン描画技術を始めとする半導体加工技術による作製が挙げられる。   Examples of the manufacturing method of the nanostructure include fabrication by semiconductor processing techniques including fine pattern drawing techniques such as photolithography, electron beam exposure, and X-ray exposure.

また、このような作製法のほかに、自然に形成される規則的な構造、すなわち、自己組織的に形成される構造をベースに、新規なナノ構造体を実現しようとする試みがある。これらの手法は、ベースとして用いる微細構造によっては、従来の方法を上まわる微細で特殊な構造を作製できる可能性があるため、多くの研究が行われ始めている。   In addition to such a manufacturing method, there is an attempt to realize a novel nanostructure based on a regular structure that is naturally formed, that is, a self-organized structure. Many of these methods have begun to be studied because there is a possibility that a fine and special structure can be produced that exceeds the conventional method depending on the fine structure used as a base.

自己組織的に形成される特異な構造、特に試料表面から垂直方向に細孔が得られる例としては、陽極酸化アルミナ皮膜が挙げられる(例えば下記非特許文献1等参照)。Al板を酸性電解液中で陽極酸化すると、多孔質酸化皮膜が形成される。この多孔質酸化皮膜の特徴は、直径(2r)が数nm〜数100nmの極めて微細な細孔(円柱状ナノホール)が、数10nm〜数100nmの間隔(2R)で平行に配列するという特異的な幾何学的構造を有することにある。この円柱状の細孔は、高いアスペクト比を有し、断面の径の一様性にも優れている。またこの細孔の直径2r及び間隔2Rは、陽極酸化の際の電流、電圧を調整することによりある程度の制御が可能である。   An example of a unique structure formed in a self-organized manner, in particular, pores in the vertical direction from the sample surface, is an anodized alumina film (see, for example, Non-Patent Document 1 below). When an Al plate is anodized in an acidic electrolyte, a porous oxide film is formed. The characteristic of this porous oxide film is that the extremely fine pores (cylindrical nanoholes) having a diameter (2r) of several nanometers to several hundreds of nanometers are arranged in parallel at intervals (2R) of several tens of nanometers to several hundreds of nanometers It has a simple geometric structure. This cylindrical pore has a high aspect ratio and is excellent in the uniformity of the cross-sectional diameter. The diameter 2r and the interval 2R of the pores can be controlled to some extent by adjusting the current and voltage during anodization.

また、シリコンの陽極化成では、マクロ的に見た場合、細孔は膜面に対して垂直に形成されているが、より詳細に観察すると、ランダム又は樹状に細孔を伸ばした構造となっているため、細孔の形状が一定でなくなり、単電子メモリ、単電子トランジスタなどの量子効果デバイスに適応する際に不都合が生じる(下記非特許文献2参照)。   In addition, in the anodization of silicon, when viewed macroscopically, the pores are formed perpendicular to the film surface. However, when observed in more detail, the pores are random or dendritic structures. For this reason, the shape of the pores is not constant, which causes inconvenience when applied to quantum effect devices such as single-electron memories and single-electron transistors (see Non-Patent Document 2 below).

一方、近年の情報処理の飛躍的な増大に伴って、磁気ディスク装置などの情報記録技術も大幅な大容量化が求められている。特にハードディスクにおいては現在単位面積当たりの記録情報量が年率60%を超える勢いで増加している。今後も情報記録量の増大が望まれており、また携帯用などの記録装置としても小型化、高密度化が望まれている。   On the other hand, with the dramatic increase in information processing in recent years, information recording technology such as a magnetic disk device is also required to have a large capacity. Particularly in hard disks, the amount of recorded information per unit area is increasing at a rate exceeding 60% per year. In the future, it is desired to increase the amount of information recorded, and it is also desired to reduce the size and increase the density of portable recording devices.

従来利用されてきたハードディスク用磁気記録媒体は水平磁気記録方式であり、磁化はディスク表面に平行に記録されている。この水平磁気記録方式では高密度化に伴い磁区内の反磁界を抑え、且つ磁化状態を検出させるため媒体上方に磁界を出すために磁気記録層を薄くしていく必要がある。そのため磁性微粒子1つ当たりの体積が極度に小さくなり、超常磁性効果が発生し易い傾向にある。すなわち磁化方向を安定させているエネルギが熱エネルギより小さくなり、記録された磁化が時間とともに変化し、記録を消してしまうことが起こる。このため近年では水平磁気記録に代わって記録層の膜厚を大きくとれる垂直磁気記録方式へ移行する研究が盛んに行われている。   Conventionally used magnetic recording media for hard disks are of the horizontal magnetic recording system, and the magnetization is recorded parallel to the disk surface. In this horizontal magnetic recording system, it is necessary to reduce the thickness of the magnetic recording layer in order to suppress the demagnetizing field in the magnetic domain as the density increases and to detect the magnetic state above the medium in order to detect the magnetization state. Therefore, the volume per magnetic fine particle becomes extremely small, and the superparamagnetic effect tends to occur easily. That is, the energy that stabilizes the magnetization direction becomes smaller than the thermal energy, the recorded magnetization changes with time, and the recording is erased. For this reason, in recent years, research has been actively conducted to shift to a perpendicular magnetic recording method in which the thickness of the recording layer can be increased in place of horizontal magnetic recording.

垂直磁気記録媒体においては、磁性粒子を均一に小さくすること、特に10nm以下、望ましくは4〜8nmの粒径を有する磁性粒子を薄い隔壁を介して均一に基板上に分散させることが重要となっている。また、結晶磁気異方性の作用を持たせる為に、特定の結晶軸を基板垂直方向に向ける努力もなされている。磁化は基板面に垂直方向を向くようになる。例としてCoPt,FePt,FePdなどのL10規則合金をグラニュラ化し、磁性粒子の微細化に伴う超常磁性効果に耐えうる媒体も提案されている(下記特許文献1参照)。ここでL10規則合金とは、例えばCoとPtが[100]面に交互に並んだ構造をしており、結晶磁気異方性は積層と垂直方向に強くなっているものである。
特開2001−273622号公報 R.C.Furneaux,W.R.Rigby & A.P.Davidson NATURE Vol.337 p.147(1989) M.I.J.Be Al e,N.G.Chew,M.J.Uren,A.G.Cullis,J.D.Benjamin:Appl.Phys.Lett.46,86(1985)
In the perpendicular magnetic recording medium, it is important to uniformly reduce the magnetic particles, in particular, to uniformly disperse magnetic particles having a particle diameter of 10 nm or less, preferably 4 to 8 nm on the substrate through thin partition walls. ing. In addition, efforts are made to direct a specific crystal axis in the direction perpendicular to the substrate in order to have the effect of magnetocrystalline anisotropy. The magnetization is directed in the direction perpendicular to the substrate surface. CoPt Examples, FePt, and granular the L1 0 ordered alloy such FePd, medium withstand superparamagnetic effect due to miniaturization of magnetic particles has been proposed (see Patent Document 1). And here L1 0 ordered alloy, such as Co and Pt has a lined structure alternately [100] plane, the crystal magnetic anisotropy is one that is resistant to stacking and vertically.
JP 2001-273622 A RCFurneaux, WRRigby & APDavidson NATURE Vol.337 p.147 (1989) MIJBe Al e, NGChew, MJUren, AGCullis, JDBenjamin: Appl.Phys.Lett.46,86 (1985)

上記従来技術において、Alなどの20nm以下のドットやワイヤを作製するのは困難であった。リソグラフィ技術を用いても、直径10nm以下の微細な突起状柱状構造体を、均一に高密度に形成することは非常に困難であった。   In the above prior art, it is difficult to produce dots or wires of 20 nm or less such as Al. Even if the lithography technique is used, it has been very difficult to form a fine protruding columnar structure having a diameter of 10 nm or less uniformly and at a high density.

本発明は、ナノメータサイズのドットやワイヤの構造体や製法を提供するものである。また、この構造体を利用したモールドや磁気記録媒体を提供するものである。   The present invention provides a nanometer-sized dot or wire structure or manufacturing method. The present invention also provides a mold and a magnetic recording medium using this structure.

本発明は、基板又は下地層を有する基板上に形成されたナノ構造体であって、Alを含む柱状の第1の部材と前記第1の部材を取り囲むように形成した第2の部材を備え、前記第2の部材が共晶を形成し得る2種類以上の材料を含有し、且つ前記材料の1種類がSi又はGeのいずれかであり、前記第1の部材が前記第2の部材よりも突出しているナノ構造体を提供するものである。The present invention is a nanostructure formed on a substrate or a substrate having an underlayer, and includes a columnar first member containing Al and a second member formed so as to surround the first member. The second member contains two or more materials capable of forming a eutectic, and one of the materials is either Si or Ge, and the first member is more than the second member. It also provides projecting nanostructures.

また、本発明は、基板又は下地層を有する基板の上に、Alを含む柱状の第1の部材と前記第1の部材を取り囲むように形成した第2の部材とを備え、前記第2の部材が共晶を形成し得る2種類以上の材料を含有し、且つ前記材料の1種類がSi又はGeのいずれかである構造体をスパッタで形成する工程と、前記第2の部材を一部又は全部を除去する工程とを備えるナノ構造体の製造方法を提供するものである。Further, the present invention includes a columnar first member containing Al and a second member formed so as to surround the first member on a substrate or a substrate having an underlayer, and the second member Forming a structure in which the member contains two or more kinds of materials capable of forming a eutectic and one of the materials is either Si or Ge by sputtering; and part of the second member Alternatively, the present invention provides a method for producing a nanostructure comprising a step of removing all of them.

本発明のナノ構造体により、ナノドットやナノワイヤを形成可能である。このようなナノ構造体は電子デバイスとして利用できるばかりでなく、上部に磁性膜を形成することにより磁気記録媒体として利用可能であり、磁気記録再生装置、情報処理装置も駆動可能である。また従来困難とされてきたナノサイズの構造体が比較的簡単に得られ、表面にNi等の硬質材料を成膜することによりモールドとしても利用可能である。 Nanodots and nanowires can be formed by the nanostructure of the present invention. Such a nanostructure can be used not only as an electronic device but also as a magnetic recording medium by forming a magnetic film on the upper part, and can drive a magnetic recording / reproducing apparatus and an information processing apparatus. In addition, a nano-sized structure that has been considered difficult can be obtained relatively easily, and can be used as a mold by forming a hard material such as Ni on the surface.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

<ナノ構造体の構成>
図1は、本発明の実施形態におけるナノ構造体の一例を示す模式図である。
<Configuration of nanostructure>
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a nanostructure in an embodiment of the present invention.

図1(a)はAlを主成分とする柱状構造体が円柱状の場合であり、図1(b)は突出部が円錐状の場合である。図1において、1はAl−(Si,Ge)ナノ構造体であり、11はAlを主成分とする柱状構造体、12は柱状構造体11を取り囲む(Si,Ge)を主成分とするマトリックス領域であり、13は基板、14は柱状構造埋め込み部、15は柱状構造突出部、16は変形柱状構造突出部である。   FIG. 1A shows a case where the columnar structure having Al as a main component is cylindrical, and FIG. 1B shows a case where the projecting portion is conical. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an Al— (Si, Ge) nanostructure, 11 denotes a columnar structure having Al as a main component, and 12 denotes a matrix having (Si, Ge) as a main component surrounding the columnar structure 11. 13 is a substrate, 14 is a columnar structure embedded portion, 15 is a columnar structure protruding portion, and 16 is a deformed columnar structure protruding portion.

基板13上に形成された本発明の構造体において、Al突出部を除いた部分の膜状のAl−(Si,Ge)ナノ構造体1は、その全量に対するSiとGeの合計の割合が20atomic%以上70atomic%以下。好ましくは、25atomic%以上65atomic%以下、更に好ましくは30atomic%以上60atomic%以下である。なお、Si+Geの割合が上記範囲内であれば、マトリックス領域12内に柱状構造体11が分散したAl−(Si,Ge)混合膜が得られる。   In the structure of the present invention formed on the substrate 13, the film-like Al— (Si, Ge) nanostructure 1 excluding the Al protruding portion has a total ratio of Si and Ge to the total amount of 20 atomic. % To 70 atomic%. Preferably, they are 25 atomic% or more and 65 atomic% or less, More preferably, they are 30 atomic% or more and 60 atomic% or less. If the ratio of Si + Ge is within the above range, an Al— (Si, Ge) mixed film in which the columnar structures 11 are dispersed in the matrix region 12 is obtained.

上記割合(atomic%)とは、原子量比率であり、例えば誘導結合型プラズマ発光分析法でAl−(Si,Ge)混合膜中のSi、GeとAlの量を定量分析したときの値である。wt%を単位として用いる場合には、例えば、20atomic%以上70atomic%以下とは20.65wt%以上70.84wt%以下となる(Alの原子量を26.982、Siの原子量を28.086として換算している)。   The above ratio (atomic%) is an atomic weight ratio, for example, a value when the amounts of Si, Ge and Al in the Al— (Si, Ge) mixed film are quantitatively analyzed by inductively coupled plasma emission spectrometry. . When using wt% as a unit, for example, 20 atomic% or more and 70 atomic% or less is 20.65 wt% or more and 70.84 wt% or less (converted assuming that the atomic weight of Al is 26.982 and the atomic weight of Si is 28.086). is doing).

なお、SiとAlとGeの全量に対するSiとGeの総量の割合とは、モル比で(Si+Ge)/(Si+Ge+Al)×100で表される値のことである。つまり、Si+Ge+Alを100atomic%としたときに、その中のSi+Geの割合である。   The ratio of the total amount of Si and Ge to the total amount of Si, Al, and Ge is a value represented by a molar ratio of (Si + Ge) / (Si + Ge + Al) × 100. That is, when Si + Ge + Al is 100 atomic%, the ratio is Si + Ge.

柱状構造体11の組成は、Alを主成分とするが、柱状構造の微細構造体が得られていれば、Si、Ge、酸素、アルゴン、窒素、水素などの他の元素を含有していてもよい。   The composition of the columnar structure 11 is mainly composed of Al. However, if a microstructure having a columnar structure is obtained, it contains other elements such as Si, Ge, oxygen, argon, nitrogen and hydrogen. Also good.

また、柱状構造体の周囲を取り囲んでいる(Si,Ge)領域部の組成は、SiやGeを主成分とするが、Alを主成分とする柱状構造体の周囲を囲んでさえいれば、Al、酸素、アルゴン、窒素、水素などの各種の元素を含有してもよい。   Further, the composition of the (Si, Ge) region portion surrounding the periphery of the columnar structure is mainly composed of Si or Ge, but only has to surround the periphery of the columnar structure mainly composed of Al. Various elements such as Al, oxygen, argon, nitrogen, and hydrogen may be contained.

なお、マトリックス領域12は、非晶質、あるいは微(多)結晶を用いることができる。但し、前記マトリックス領域12が非晶質(Si,Ge)である方が絶縁性という観点からは好ましい。その理由は、非晶質(Si,Ge)とすることで結晶質Si、Geに比べて、バンドギャップが増加し、柱状構造体を隔てる母体材料の電気的な絶縁性が向上するからである。また、絶縁性や耐薬品性を考慮するとマトリックス領域はSi又はAlを含んだSiであることが有効である。   The matrix region 12 can be amorphous or fine (poly) crystal. However, the matrix region 12 is preferably amorphous (Si, Ge) from the viewpoint of insulation. The reason is that by using amorphous (Si, Ge), the band gap is increased as compared with crystalline Si and Ge, and the electrical insulation of the base material separating the columnar structures is improved. . In consideration of insulation and chemical resistance, it is effective that the matrix region is Si or Si containing Al.

なお、ここで用いている混合体とは、マトリックス領域とその中に柱状構造体が成長している状態を示している。   In addition, the mixture used here has shown the state which the columnar structure has grown in the matrix area | region and it.

Alを含む柱状構造体11は、膜上面から見たその平面形状は円形、あるいは楕円形である。もちろん、マトリックス12に前記柱状構造体11が適度に分散していれば、任意の形状であってもよい。   The columnar structure 11 containing Al has a circular shape or an elliptical shape as viewed from above the film. Of course, as long as the columnar structures 11 are appropriately dispersed in the matrix 12, any shape may be employed.

本発明に係るナノ構造体における柱状構造体11の径としては、径が20nm以下、好ましくは10nm以下、更に好ましくは8nm以下であるのがよい。なお、楕円等の場合は、最も長い外径部が、上記範囲内であればよい。   The diameter of the columnar structure 11 in the nanostructure according to the present invention is 20 nm or less, preferably 10 nm or less, and more preferably 8 nm or less. In the case of an ellipse or the like, the longest outer diameter portion may be within the above range.

また、柱状構造体11の平均直径は(Si,Ge)の総量が大きいほど小さくなる傾向があり、また(Si,Ge)の総量が同じ場合にはSiの比率が大きい方が微細な柱状構造体となる。したがって、(Si,Ge)の総量、又はマトリックス領域にSiとGeの混合物を用いる場合にはSiの比率を制御することで柱状構造体の直径を制御可能である。   Also, the average diameter of the columnar structures 11 tends to decrease as the total amount of (Si, Ge) increases, and when the total amount of (Si, Ge) is the same, the larger the ratio of Si, the finer the columnar structure Become a body. Therefore, when the total amount of (Si, Ge) or a mixture of Si and Ge is used for the matrix region, the diameter of the columnar structure can be controlled by controlling the ratio of Si.

ところで、ナノメートルサイズのナノ構造体(概ねサブnm〜100nmの範囲)においては、ある特徴的な長さ(平均自由行程等)より小さいサイズとなることで、特異な電気的、光学的、化学的性質を示すことがある。このような観点から、機能性材料としてナノ構造体は有用であり、本発明に係るナノ構造体においても、当該混合体を構成する柱状構造体の径が20nm以下、特に10nm以下である場合には、ナノ構造体として種々の利用が可能である。   By the way, nanometer-sized nanostructures (substantially in the range of sub-nm to 100 nm) are smaller in size than a certain characteristic length (mean free path, etc.), and thus have unique electrical, optical, and chemical properties. May exhibit specific properties. From this point of view, the nanostructure is useful as a functional material, and also in the nanostructure according to the present invention, the diameter of the columnar structure constituting the mixture is 20 nm or less, particularly 10 nm or less. Can be used in various ways as a nanostructure.

また、複数の柱状構造体11の間隔、すなわち中心間距離は、30nm以下、好ましくは15nm以下、より好ましくは10nmであるのがよい。   The interval between the plurality of columnar structures 11, that is, the center-to-center distance may be 30 nm or less, preferably 15 nm or less, more preferably 10 nm.

もちろん、間隔は柱状構造体同士が接触しない間隔を有する。例えば、柱状構造をした前記Al柱状構造体の径が1〜20nmであり、且つ、前記Al柱状構造体の間隔が5〜30nmであり、且つ、前記Al柱状構造体の高さと径の比、すなわちアスペクト比が0.1〜100000であり、且つ、前記Al柱状構造体が基板に対してほぼ垂直である微細構造体などが挙げられる。   Of course, the interval has an interval at which the columnar structures do not contact each other. For example, the diameter of the Al columnar structure having a columnar structure is 1 to 20 nm, the interval between the Al columnar structures is 5 to 30 nm, and the ratio between the height and the diameter of the Al columnar structure, That is, a fine structure having an aspect ratio of 0.1 to 100,000 and having the Al columnar structure substantially perpendicular to the substrate can be used.

また、柱状構造体11の基板断面からみた形状は、図1(a)のように長方形形状でもよいし、正方形や台形など形状が可能である。柱状構造体11の長さとしては、1nm〜100μmの範囲で適用できる。   Further, the shape of the columnar structure 11 viewed from the cross section of the substrate may be a rectangular shape as shown in FIG. 1A, or may be a square shape or a trapezoidal shape. The length of the columnar structure 11 can be applied in the range of 1 nm to 100 μm.

特に、柱状構造体11の径が例えば1〜10nmであり、その中心間距離が10nm〜15nmである場合に、長さを1nm〜数μmの範囲で制御する場合を考える。長さが数nm〜数十nmのとき(長さと径の比が低いとき)、柱状構造体1はアルミニウム量子ドット(0次元)として作用し、それよりも大きい場合はアルミニウム量子細線(1次元)として作用する。   In particular, let us consider a case where the length is controlled in the range of 1 nm to several μm when the diameter of the columnar structure 11 is, for example, 1 to 10 nm and the center-to-center distance is 10 nm to 15 nm. When the length is several nanometers to several tens of nanometers (when the ratio of length to diameter is low), the columnar structure 1 acts as an aluminum quantum dot (0 dimension), and when larger than that, the aluminum quantum wire (one dimension) ).

また、前記アルミニウム含有の柱状構造体11は、図1に示されているように(Si,Ge)を主成分とするマトリックス12により互いに分離されている。すなわち、複数の柱状構造体11が(Si,Ge)領域中に分散している。   The aluminum-containing columnar structures 11 are separated from each other by a matrix 12 containing (Si, Ge) as a main component as shown in FIG. That is, the plurality of columnar structures 11 are dispersed in the (Si, Ge) region.

柱状構造体11は、特定方向に整列しているのがよい。図1(a)に示すように、特に基板に対して垂直方向に整列しているのがよい。   The columnar structures 11 are preferably aligned in a specific direction. As shown in FIG. 1 (a), it is particularly preferable to align in a direction perpendicular to the substrate.

また、Alを主成分とする柱状突出部分15は目的に応じてどの程度突出していても構わないが、50nm以下であると形状が崩れにくい。突出部は図1(b)のように先端が変形していても構わない。   In addition, the columnar protruding portion 15 containing Al as a main component may protrude to any extent depending on the purpose, but if it is 50 nm or less, the shape is not easily broken. The tip of the protrusion may be deformed as shown in FIG.

図2は、本発明の実施形態におけるナノ構造体の他の例を示す模式図である。   FIG. 2 is a schematic view showing another example of the nanostructure in the embodiment of the present invention.

マトリックス部の厚みは図2(a)に示したように柱状構造体11より薄ければ良く、図2(b)に示したように無くても構わない。この場合にはマトリックス12をエッチング除去することによって得られるものである。   The thickness of the matrix portion only needs to be thinner than the columnar structure 11 as shown in FIG. 2A, and may not be as shown in FIG. In this case, the matrix 12 is obtained by etching away.

また、柱状構造体11として図2(c)のように柱状構造体11をマスクとして基板をエッチングし、基板凸部21を形成した状態でも、更には図2(d)に示すようにAlを主成分とした柱状構造体を除去して残る基板表面の柱状構造体でも利用可能である。   Further, as shown in FIG. 2D, even when the substrate is etched by using the columnar structure 11 as a mask as shown in FIG. The columnar structure on the substrate surface remaining after removing the columnar structure as a main component can also be used.

また、本発明において基板とは表面に膜が形成されているものも含まれる。すなわち、図2(e)に示すように基板表面層を基板表面層凸部22として柱状構造体にすることも可能である。   In the present invention, the substrate includes those having a film formed on the surface. That is, as shown in FIG. 2E, the substrate surface layer can be used as the substrate surface layer convex portion 22 to form a columnar structure.

基板13としては、特に限定されるものではないが、石英ガラスやプラスチックなどの絶縁性基板、シリコン基板、ゲルマニウム基板、ガリウム砒素、あるいはインジウム燐などの半導体基板、あるいは支持部材としての基板上に混合膜が形成できるのであれば、フレキシブルな基板(例えばポリイミド樹脂など)も用いることができる。更には、支持基板上に一層以上の膜が形成されているものを使用してもかまわない。   The substrate 13 is not particularly limited, but is mixed on an insulating substrate such as quartz glass or plastic, a semiconductor substrate such as a silicon substrate, germanium substrate, gallium arsenide, or indium phosphorus, or a substrate as a support member. If a film can be formed, a flexible substrate (for example, a polyimide resin) can also be used. Further, a substrate in which one or more films are formed on the support substrate may be used.

<ナノ構造体の作製方法>
次に、本発明に係るナノ構造体の作製方法について説明する。
<Method for producing nanostructure>
Next, a method for producing a nanostructure according to the present invention will be described.

図3は、本発明のナノ構造体の製法の一例を示す模式図である。   FIG. 3 is a schematic view showing an example of a method for producing a nanostructure of the present invention.

図中、13は基板、31は柱状構造体、32はAl−(Si,Ge)混合膜、33はSi、Geを主成分とするマトリックス、34は柱状構造埋め込み部、35は柱状構造突出部、36は基板凸部である。   In the figure, 13 is a substrate, 31 is a columnar structure, 32 is an Al- (Si, Ge) mixed film, 33 is a matrix mainly composed of Si and Ge, 34 is a columnar structure embedded portion, and 35 is a columnar structure protruding portion. , 36 are substrate projections.

まず、成膜法として、非平衡状態で物質を形成する成膜法であるマグネトロンスパッタリング法により、Al−(Si,Ge)混合膜を形成した例について述べる。   First, an example in which an Al— (Si, Ge) mixed film is formed by magnetron sputtering, which is a film forming method for forming a substance in a non-equilibrium state, will be described.

原料としてのターゲットは、Alのターゲット基板上にSiチップやGeチップを配することで達成される。SiチップあるいはGeチップは、複数に分けて配置できるが、もちろんこれに限定されるものではない。また、所定量のAlと(Si,Ge)との粉末を焼成して作製したAl−(Si,Ge)焼成物を成膜のターゲット材として用いることもできる。このようなターゲットを用いることにより、膜組成のばらつきの少ない、均質な膜を形成することが可能となる。   The target as a raw material is achieved by arranging a Si chip or a Ge chip on an Al target substrate. The Si chip or the Ge chip can be divided into a plurality of parts, but is not limited to this. Alternatively, an Al- (Si, Ge) fired product prepared by firing a predetermined amount of Al and (Si, Ge) powder can be used as a film forming target material. By using such a target, it is possible to form a homogeneous film with little variation in film composition.

また、Alターゲット、Siターゲット、Geターゲットを別々に用意し、同時に各々のターゲットをスパッタリングする方法を用いてもよい。   Alternatively, a method of separately preparing an Al target, a Si target, and a Ge target and simultaneously sputtering each target may be used.

形成される膜中の(Si,Ge)の合計総量は、Alと(Si,Ge)の全量に対して20atomic%以上70atomic%以下であり、好ましくは25atomic%以上65atomic%以下、更に好ましくは30atomic%以上60atomic%以下である。   The total total amount of (Si, Ge) in the formed film is 20 atomic% or more and 70 atomic% or less, preferably 25 atomic% or more and 65 atomic% or less, more preferably 30 atomic%, based on the total amount of Al and (Si, Ge). % Or more and 60 atomic% or less.

また、基板温度としては300℃以下であり、好ましくは200℃以下であるのがよい。また、室温あるいはそれ以下でも構わない。(Si,Ge)の合計量が斯かる温度範囲内で作製されれば、(Si,Ge)領域内に柱状構造体が分散したナノ構造体が得られる。300℃以下の基板温度でAl−(Si,Ge)を非平衡状態で物質を形成する成膜法で形成することにより、作製されたAl−(Si,Ge)混合膜は、Alと(Si,Ge)が共晶型組織と類似の組織となり、Alが数nmレベルのナノ柱状構造体を形成し、(Si,Ge)領域と自己形成的に分離する。ここで共晶と類似と述べたのは、(Si,Ge)はアモルファスである場合が多く、結晶として存在しているとは限らないからである。また、いわゆる共晶点より組成は(Si,Ge)が多く含まれていることも本発明には重要である。また、少なくとも300℃以上の試料温度でAl−(Si,Ge)を成膜すると、作製されたAl−(Si,Ge)混合膜は、Al−(Si,Ge)が300℃以下で形成される構造より、より安定な界面の面積が少ない大きな結晶へと成長を始め、数nmレベルのナノ柱状構造体を形成しない。   The substrate temperature is 300 ° C. or lower, preferably 200 ° C. or lower. Further, it may be room temperature or lower. If the total amount of (Si, Ge) is produced within such a temperature range, a nanostructure in which columnar structures are dispersed in the (Si, Ge) region can be obtained. The Al— (Si, Ge) mixed film formed by forming the material in a non-equilibrium state at a substrate temperature of 300 ° C. or lower is formed using Al— (Si, Ge) mixed film. , Ge) becomes a structure similar to the eutectic structure, Al forms a nano-columnar structure having a level of several nanometers, and is separated from the (Si, Ge) region in a self-forming manner. The reason why it is similar to a eutectic here is that (Si, Ge) is often amorphous and does not always exist as a crystal. It is also important for the present invention that the composition contains more (Si, Ge) than the so-called eutectic point. Further, when Al— (Si, Ge) is deposited at a sample temperature of at least 300 ° C., the Al— (Si, Ge) mixed film is formed at a temperature of 300 ° C. or less. It starts to grow into a large crystal with a smaller area of a more stable interface than the structure to be formed, and does not form a nano-columnar structure of several nm level.

Al−(Si,Ge)混合体の(Si,Ge)の総量は、例えばAlターゲット上に置くSiチップあるいはGeチップの量を変えることや、AlとAl−(Si,Ge)の粉末の混合量を変えて作製したターゲットを用いることにより制御できる。   The total amount of (Si, Ge) in the Al- (Si, Ge) mixture can be changed, for example, by changing the amount of Si chip or Ge chip placed on the Al target, or mixing of Al and Al- (Si, Ge) powder. It can be controlled by using a target prepared by changing the amount.

非平衡状態で成膜を行う場合、特にスパッタリング法の場合は、アルゴンガスを流したときの反応装置内の圧力は、0.2〜1Pa程度がよい。しかし、特に、これに限定されるものではなく、アルゴンプラズマが安定に形成される圧力であればよい。   When film formation is performed in a non-equilibrium state, particularly in the case of sputtering, the pressure in the reaction apparatus when argon gas is flowed is preferably about 0.2 to 1 Pa. However, it is not particularly limited to this, and any pressure may be used as long as argon plasma is stably formed.

基板13としては、例えば石英ガラスを始めとする絶縁体基板やシリコンやガリウム砒素を始めとする半導体基板などの基板や、これらの基板の上に1層以上の膜を形成したものが挙げられる。なお、Alの柱状構造体の形成に不都合がなければ、基板の材質、厚さ、機械的強度などは特に限定されるものではない。また、基板の形状としては平滑な板状のものに限らず、曲面を有するもの、表面にある程度の凹凸や段差を有するものなどが挙げられるが、アルミニウムのナノ柱状構造体に不都合がなければ、特に限定されるものではない。   Examples of the substrate 13 include a substrate such as an insulating substrate such as quartz glass, a semiconductor substrate such as silicon or gallium arsenide, and a substrate in which one or more layers are formed on these substrates. The substrate material, thickness, mechanical strength, and the like are not particularly limited as long as there is no problem in forming the Al columnar structure. In addition, the shape of the substrate is not limited to a flat plate-like shape, but includes a curved surface, a surface having a certain degree of irregularities and steps, etc., but if there is no problem with the aluminum nanocolumnar structure, It is not particularly limited.

非平衡状態で物質を形成する成膜法は、スパッタリング法が好ましいが蒸着法(抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着等)、イオンプレーティング法を始めとする任意の非平衡状態で物質を形成する成膜法が適用可能である。   The film forming method for forming the material in a non-equilibrium state is preferably a sputtering method, but the material is formed in any non-equilibrium state including a vapor deposition method (resistance heating vapor deposition, electron beam vapor deposition, etc.) and an ion plating method. A membrane method is applicable.

また、成膜の仕方としては、Al、(Si,Ge)を同時に形成する同時成膜プロセスを用いてもよいし、Al、(Si,Ge)を数原子層づつ積層する積層成膜プロセスを用いてもかまわない。   As a method of film formation, a simultaneous film formation process in which Al and (Si, Ge) are simultaneously formed may be used, or a layer film formation process in which several atomic layers of Al and (Si, Ge) are stacked. You can use it.

次に、このAlの柱状構造体31をAl−(Si,Ge)膜から突出させる方法について説明する。この突出部を形成するにはドライエッチプロセスが有効である。ドライエッチプロセスではAlに対するSi,Geのエッチングレートが早ければ構わないが、エッチングレートの差は大きい方が好ましい。このエッチングにはCF4によるプラズマエッチングやSF6によるプラズマエッチングが有効である。エッチングレートは装置やプラズマ条件等により大きく変化するが、例えばCF4の場合にはAlのエッチングレートに対するSiのエッチングレートの比は約10倍程度、SF6の場合には100倍程度まで大きくすることが可能である。 Next, a method of projecting the Al columnar structure 31 from the Al- (Si, Ge) film will be described. A dry etch process is effective for forming this protrusion. In the dry etching process, the etching rate of Si and Ge with respect to Al may be fast, but it is preferable that the difference in etching rate is large. For this etching, plasma etching using CF 4 or plasma etching using SF 6 is effective. The etching rate varies greatly depending on the apparatus and plasma conditions. For example, in the case of CF 4 , the ratio of the Si etching rate to the Al etching rate is about 10 times, and in the case of SF 6 it is increased to about 100 times. It is possible.

これらのドライエッチングによりエッチング前は図3(a)に示すように平坦な膜32中にAlを主成分とした柱状構造体31が形成されているのに対し、エッチングを始めると図3(b)に示すようにSi,Geマトリックス33が柱状構造体31よりも優先的にエッチングが進行していく。そして、最終的にはSi,Geマトリックス33が消失して図3(c)に示すようにAlを主成分とした柱状構造体31のみが基板表面に残る。   As shown in FIG. 3A, the columnar structure 31 mainly composed of Al is formed in the flat film 32 by dry etching before the etching. On the other hand, when etching is started, FIG. As shown in FIG. 5, the Si and Ge matrix 33 is etched more preferentially than the columnar structure 31. Finally, the Si and Ge matrix 33 disappears and only the columnar structure 31 mainly composed of Al remains on the substrate surface as shown in FIG.

この状態から更にエッチングを進めると、例えば基板13がSi基板の場合などでは図3(d)に示すように柱状構造体31がマスクの役割をして基板表面に基板凸部36が形成される。ここでエッチングガスを切り替えても構わない。更にエッチングを進めたり、又は柱状構造体のみをウェットエッチングなどすると図3(e)のように基板表面には基板凸部36のみが得られる。   When the etching is further advanced from this state, for example, when the substrate 13 is a Si substrate, the columnar structure 31 serves as a mask to form the substrate convex portion 36 on the substrate surface as shown in FIG. . Here, the etching gas may be switched. When the etching is further advanced, or only the columnar structure is wet-etched, only the substrate convex portion 36 is obtained on the substrate surface as shown in FIG.

このように作製されたナノ構造体はそのままでもAl量子ドットやAlナノワイヤとしての機能を有するが、この構造体の上部に更に機能的な膜を成長させることにより機能性を高められる。例えば磁気記録用の薄膜を成膜することにより粒径が揃った媒体を作製することができる。   The nanostructure thus produced has a function as an Al quantum dot or Al nanowire as it is, but the functionality can be enhanced by growing a more functional film on the structure. For example, a medium having a uniform particle diameter can be produced by forming a thin film for magnetic recording.

図4は、本発明の表面に薄膜を形成する場合のナノ構造体を示す模式図である。   FIG. 4 is a schematic diagram showing a nanostructure when a thin film is formed on the surface of the present invention.

図4(a),(b),(c),(d)は、図3(b),(c),(d),(e)に対応して表面に薄膜41を形成した場合を示すものである。   4A, 4B, 4C, and 4D show the case where the thin film 41 is formed on the surface corresponding to FIGS. 3B, 3C, 3D, and 3E. Is.

このような膜としてはCo合金膜やCo/Pt,Co/Pd積層膜、FePtやCoPtの規則化合金膜などが有効である。   As such a film, a Co alloy film, a Co / Pt, Co / Pd laminated film, an ordered alloy film of FePt or CoPt, and the like are effective.

本発明において、ナノ構造体の上部に磁性体の薄膜を形成したものにおいては、磁気記録媒体として有効になる。また、このような磁気記録媒体を磁気記録再生装置に用いることもできる。   In the present invention, a magnetic thin film formed on the nanostructure is effective as a magnetic recording medium. Such a magnetic recording medium can also be used in a magnetic recording / reproducing apparatus.

図6は、本発明の磁気記録媒体を用いた磁気記録再生装置を示す模式図である。   FIG. 6 is a schematic diagram showing a magnetic recording / reproducing apparatus using the magnetic recording medium of the present invention.

上記磁気記録媒体61以外に、モータなどの磁気記録媒体駆動部62、読み取り書き込み用磁気ヘッド63、磁気ヘッド駆動部64、信号処理部65、防塵ケース等を組み込むことが必要である。しかし、磁気記録再生装置において、磁気記録媒体の駆動は回転のみ、磁気ヘッドの駆動は円周上のスライドのみに限定されるものではない。   In addition to the magnetic recording medium 61, it is necessary to incorporate a magnetic recording medium driving unit 62 such as a motor, a read / write magnetic head 63, a magnetic head driving unit 64, a signal processing unit 65, a dustproof case, and the like. However, in the magnetic recording / reproducing apparatus, the driving of the magnetic recording medium is not limited to the rotation, and the driving of the magnetic head is not limited to the slide on the circumference.

また、このような磁気記録再生装置を用いて情報処理装置を構成することができる。   Further, an information processing apparatus can be configured using such a magnetic recording / reproducing apparatus.

図7は、本発明の磁気記録再生装置を用いた情報処理装置の概念図である。   FIG. 7 is a conceptual diagram of an information processing apparatus using the magnetic recording / reproducing apparatus of the present invention.

磁気記録再生装置部72、演算部73、メモリ部分74、電源75、外部入出力部76とこれらをつなぐ配線77を格納容器71に収めた情報処理装置を構成することが可能である。   It is possible to configure an information processing apparatus in which the magnetic recording / reproducing device unit 72, the calculation unit 73, the memory unit 74, the power source 75, the external input / output unit 76 and the wiring 77 connecting them are housed in the storage container 71.

また、微小な穴を転写法により他の基板上に作製するナノインプリント法にも応用可能である。   Further, it can be applied to a nanoimprint method in which a minute hole is formed on another substrate by a transfer method.

図5は、本発明のナノ構造体をモールドとして用いた場合の模式図である。   FIG. 5 is a schematic view when the nanostructure of the present invention is used as a mold.

本発明で得られたナノ構造体をモールド51として、基板53上に形成されたレジスト52にプレスを行うことによりレジスト表面には転写孔54が形成される。この場合には柱状構造体の上に硬質膜56を形成しておくことや、離型剤をつけておくことが有効である。   By using the nanostructure obtained in the present invention as a mold 51 and pressing a resist 52 formed on a substrate 53, transfer holes 54 are formed on the resist surface. In this case, it is effective to form the hard film 56 on the columnar structure or to attach a release agent.

また、本発明は、量子ドットや量子細線などのアルミニウムのナノ柱状構造体をさまざまな形態で応用することを可能とするものであり、その応用範囲を著しく広げるものである。本発明における構造体は、それ自体機能材料として使用可能であるが、さらなる新規なナノ構造体の母材、鋳型などとして用いることもできる。   In addition, the present invention makes it possible to apply aluminum nanocolumnar structures such as quantum dots and quantum wires in various forms, and remarkably expand the application range. Although the structure in the present invention can be used as a functional material itself, it can also be used as a base material, a template, or the like of a further novel nanostructure.

以下に実施例を挙げて、本発明を説明する。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.

「実施例1」
本実施例においては、Al−(Si,Ge)膜からのAlを主成分とする柱状構造体を作製する方法に関するものである。
"Example 1"
The present embodiment relates to a method for producing a columnar structure mainly composed of Al from an Al- (Si, Ge) film.

本発明のナノ構造体、及びその製法について図3を用いて説明する。なお、図3において、13が基板で、32がAl−(Si,Ge)混合膜、31がAlを主成分とするナノ柱状構造体である。また、33は(Si,Ge)マトリックス、34、35はそれぞれAlを主成分とするナノ柱状構造体の柱状構造埋め込み部と柱状構造突出部であり、また、36は基板凸部である。   The nanostructure of this invention and its manufacturing method are demonstrated using FIG. In FIG. 3, 13 is a substrate, 32 is an Al— (Si, Ge) mixed film, and 31 is a nano-columnar structure mainly composed of Al. Reference numeral 33 denotes a (Si, Ge) matrix, 34 and 35 denote columnar structure embedded portions and columnar structure protruding portions of nanocolumnar structures each having Al as a main component, and 36 denotes a substrate convex portion.

<Al−(Si,Ge)成膜>
基板にSiウェハを用い、その上にAl0.6(Si1-xGex0.4においてx=0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0の組成比の膜を成膜した。ここでターゲットにはAlを用い、その上にSiとGeのチップを置いて組成を変化させた。スパッタ条件は、RF電源を用いて、Ar流量を50sccm、放電圧力を0.7Pa、投入電力を300Wとし、基板温度は室温として、膜厚を約100nmにした。
<Al- (Si, Ge) film formation>
A Si wafer is used as the substrate, and a composition ratio of x = 0.0, 0.2 , 0.4 , 0.6, 0.8, 1.0 in Al 0.6 (Si 1-x Ge x ) 0.4 is formed thereon. This film was formed. Here, Al was used as a target, and Si and Ge chips were placed thereon to change the composition. The sputtering conditions were an RF power source, an Ar flow rate of 50 sccm, a discharge pressure of 0.7 Pa, an input power of 300 W, a substrate temperature of room temperature, and a film thickness of about 100 nm.

その結果、図3(a)に示したようにAl−(Si,Ge)混合膜32にはアモルファス(Si,Ge)を主成分とする(Si,Ge)マトリックス33と(Si,Ge)マトリックス33中に基板垂直方向に成長したAlを主成分とする柱状構造体31が成長した。柱状構造体31の直径は約3〜20nmであり、柱状構造体の間隔は約6〜30nmであった。ここで柱状構造体31の直径はSiとGeの比に依存し、Siの組成比が大きいほど柱状構造体31の径は小さくなる傾向があった。   As a result, as shown in FIG. 3A, the Al— (Si, Ge) mixed film 32 has (Si, Ge) matrix 33 and (Si, Ge) matrix mainly composed of amorphous (Si, Ge). A columnar structure 31 mainly composed of Al grown in the direction perpendicular to the substrate was grown in 33. The diameter of the columnar structures 31 was about 3 to 20 nm, and the interval between the columnar structures was about 6 to 30 nm. Here, the diameter of the columnar structure 31 depends on the ratio of Si and Ge, and the diameter of the columnar structure 31 tends to decrease as the composition ratio of Si increases.

なお、ここではターゲットとしてはチップを載せたターゲットでなくても、混合ターゲットやAl、Si、Geの各ターゲットを用いて同時スパッタリングをしても組成比が所望の値になればよい。   Here, the target may not be a target on which a chip is placed, but the composition ratio may be a desired value even if simultaneous sputtering is performed using a mixed target or Al, Si, and Ge targets.

更に、ここではスパッタリング法としてRFスパッタリング法を用いたが、これに限定されるものではなく、ECRスパッタリング法、DCスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法でよい。更に、スパッタリング条件は装置に依存しており、これに限定されるものではない。   Furthermore, although the RF sputtering method is used here as the sputtering method, the present invention is not limited to this, and an ECR sputtering method, a DC sputtering method, or an ion beam sputtering method may be used. Furthermore, the sputtering conditions depend on the apparatus, and are not limited thereto.

<エッチング>
次に、得られたAl−(Si,Ge)膜32をエッチング装置によりドライエッチングを施した。エッチング条件としてCF4流量を20sccmとし、投入電力を150W、圧力を4.5Paとした。
<Etching>
Next, the obtained Al— (Si, Ge) film 32 was dry-etched with an etching apparatus. As etching conditions, the CF 4 flow rate was 20 sccm, the input power was 150 W, and the pressure was 4.5 Pa.

まず、エッチングを2分行ったところ、(Si,Ge)マトリックス33の約半分がエッチングされており、またAlを主成分とする柱状構造体31はほとんど変化しておらず、図3(b)に示す構造となっていた。   First, when etching was performed for 2 minutes, about half of the (Si, Ge) matrix 33 was etched, and the columnar structure 31 containing Al as a main component was hardly changed, and FIG. It became the structure shown in.

更に3分間エッチングをしたところ、(Si,Ge)マトリックス33のほとんどがエッチングされており、図3(c)に示す構造となっていた。このとき、柱状構造体31の先端は先鋭化される場合もあった。   Further etching for 3 minutes revealed that most of the (Si, Ge) matrix 33 was etched, resulting in the structure shown in FIG. At this time, the tip of the columnar structure 31 may be sharpened.

更にエッチングを継続すると、柱状構造体31がマスクとなって、上に柱状構造体31が無い部分のSi基板がエッチングされて図3(d)に示す構造となっていた。   When the etching is further continued, the columnar structure 31 is used as a mask, and the Si substrate in the portion where the columnar structure 31 is not formed is etched to obtain the structure shown in FIG.

更にエッチングを継続させるか、又はリン酸などでウェットエッチングすることにより柱状構造体31をエッチング除去することができ、図3(e)に示す構造が得られた。   Further, the columnar structure 31 can be removed by etching or wet etching with phosphoric acid or the like, and the structure shown in FIG. 3E is obtained.

ここで、柱状構造体の突出部35が50nmを越えると、条件によっては若干柱状構造体突出部35が曲がる場合があった。   Here, when the protruding portion 35 of the columnar structure exceeds 50 nm, the columnar structure protruding portion 35 may be slightly bent depending on conditions.

また、(Si,Ge)マトリックスは概ねアモルファス状態であり、Alが含まれている場合があった。   In addition, the (Si, Ge) matrix is almost in an amorphous state and may contain Al.

(比較例)
また、比較試料Aとして、Al1-ySiy組成の膜で同様の実験をした。その結果yが0.2〜0.7以外の膜では柱状構造体が得られず目的の突出構造体は得られなかった。このことは、SiとGeの混合組成やGeのみで行っても同様な結果であった。AlとSiとGeの全量に対するSiとGe含有量を、少なくとも20atomic%以上70atomic%以下に調整することで、(Si,Ge)中にAlの柱状構造体を形成することが可能であり、また、直線性に優れたAl細線の作製が可能になる。
(Comparative example)
Further, as a comparative sample A, a similar experiment was performed using a film having an Al 1-y Si y composition. As a result, a columnar structure cannot be obtained with a film having y other than 0.2 to 0.7, and the target protruding structure cannot be obtained. This was the same result even when the mixed composition of Si and Ge or only Ge was used. By adjusting the content of Si and Ge with respect to the total amount of Al, Si and Ge to at least 20 atomic% to 70 atomic%, it is possible to form an Al columnar structure in (Si, Ge). This makes it possible to produce an Al thin wire having excellent linearity.

更に、比較試料Bとして、Si基板上に、組成Al60Si40の混合比のターゲットを用いて混合膜を約200nm形成した。ここで、基板温度は320℃とした。この試料を基板真上方向から見た試料表面には、円形あるいは楕円形をしたアルミニウム柱状構造を確認することができなかった。つまり、Alの柱状構造体を確認することができなかった。すなわち、基板温度が高すぎると、より安定な状態に変化してしまうため、図3に示したようなAlの柱状構造体を形成する膜成長ができていないと考えられる。 Further, as a comparative sample B, a mixed film of about 200 nm was formed on a Si substrate using a target having a composition ratio of Al 60 Si 40 . Here, the substrate temperature was 320 ° C. A circular or elliptical aluminum columnar structure could not be confirmed on the sample surface when the sample was viewed from directly above the substrate. That is, an Al columnar structure could not be confirmed. That is, if the substrate temperature is too high, the state changes to a more stable state, and it is considered that the film growth for forming the Al columnar structure as shown in FIG. 3 is not completed.

「実施例2」
本実施例では、エッチング条件を変えた場合について説明する。ここでAl−(Si,Ge)混合膜32にはAl0.6Si0.4組成のものを用いた。
"Example 2"
In this embodiment, the case where the etching conditions are changed will be described. Here, the Al- (Si, Ge) mixed film 32 has an Al 0.6 Si 0.4 composition.

得られたAlSi膜32をエッチング装置によりドライエッチングを施した。エッチング条件としてSF6流量を20sccmとし、投入電力を150W、圧力を5.0Paとした。 The obtained AlSi film 32 was dry-etched with an etching apparatus. As etching conditions, the SF 6 flow rate was 20 sccm, the input power was 150 W, and the pressure was 5.0 Pa.

まず、エッチングを20秒行ったところ、Siマトリックス33の約半分がエッチングされており、またAlを主成分と柱状構造体31はほとんど変化しておらず、図3(b)に示す構造となっていた。   First, when etching was performed for 20 seconds, about half of the Si matrix 33 was etched, and the main component of Al and the columnar structure 31 remained almost unchanged, resulting in the structure shown in FIG. It was.

更に20分間エッチングをしたところ、Siマトリックス33のほとんどがエッチングされており、図3(c)に示す構造となっていた。   Further etching for 20 minutes revealed that most of the Si matrix 33 was etched, resulting in the structure shown in FIG.

更にエッチングを継続すると、柱状構造体31がマスクとなって、上に柱状構造体31が無い部分のSi基板がエッチングされて図3(d)に示す構造となっていた。   When the etching is further continued, the columnar structure 31 is used as a mask, and the Si substrate in the portion where the columnar structure 31 is not formed is etched to obtain the structure shown in FIG.

以上のようにSF6流ガスの方がエッチング時間を短くすることができた。 As described above, the SF 6 flow gas can shorten the etching time.

ここで比較例としてArのイオンミリング法でエッチングを施したところ、柱状構造体31が突出部を形成することはなかった。   Here, as a comparative example, etching was performed by an ion milling method of Ar. As a result, the columnar structure 31 did not form a protrusion.

「実施例3」
次に柱状構造突出部上に成膜した場合の実施例を説明する。
"Example 3"
Next, an example in which a film is formed on the columnar structure protrusion will be described.

本実施例では、実施例2と同様にAl−(Si,Ge)混合膜32にはAl0.6Si0.4組成のものを用いSF6で基板までドライエッチして図3(e)のナノ構造体を作製した。 In this example, the Al— (Si, Ge) mixed film 32 having an Al 0.6 Si 0.4 composition is used for the Al— (Si, Ge) mixed film 32 as in Example 2, and the substrate is dry-etched with SF 6 to the nanostructure shown in FIG. Was made.

そして、Co/Ptの積層膜をCo=0.5nm、Pt=1.0nmの厚みで膜厚30nm成膜した。   Then, a Co / Pt laminated film was formed to a thickness of 30 nm with a thickness of Co = 0.5 nm and Pt = 1.0 nm.

得られた膜の磁気特性を測定したところ基板垂直方向に磁化容易軸があることを確認した。   When the magnetic properties of the obtained film were measured, it was confirmed that there was an easy axis of magnetization in the direction perpendicular to the substrate.

また、走査型電子顕微鏡で観察したところ、結晶粒は基板の凸部を反映して均一に微小化されていた。   When observed with a scanning electron microscope, the crystal grains were uniformly miniaturized reflecting the convex portions of the substrate.

以上より本発明のナノ構造体は磁気デバイス、特に磁気記録媒体として有効であることがわかる。また、Co/Ptの積層膜の代わりにCo/Pdの積層膜や、基板上にPt(001)を形成しておきPt(001)のナノサイズの柱状構造体を形成し、上部にFePtやCoPtなどのL10構造の磁性膜を形成しておくことも磁気記録媒体として有効である。 From the above, it can be seen that the nanostructure of the present invention is effective as a magnetic device, particularly as a magnetic recording medium. Further, instead of the Co / Pt laminated film, a Co / Pd laminated film, or Pt (001) is formed on the substrate to form a nano-sized columnar structure of Pt (001), and FePt or it is also effective as a magnetic recording medium to be formed of the magnetic film of the L1 0 structure such as CoPt.

図8は、基板上にPt層を形成したナノ構造体の例を示す図である。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a nanostructure in which a Pt layer is formed on a substrate.

図8(a)に示すように、基板83の上部に、Pt層83aを形成しておき、Alを主成分と柱状構造体81を形成した後、図8(b)に示すように、柱状構造体81をマスクとしてPt層83aをエッチングにより除去し、最後に柱状構造体81を除去してナノ構造体を作製することができる。   As shown in FIG. 8A, after a Pt layer 83a is formed on the substrate 83 and Al is the main component and the columnar structure 81 is formed, as shown in FIG. By using the structure 81 as a mask, the Pt layer 83a is removed by etching, and finally the columnar structure 81 is removed to produce a nanostructure.

また、基板の上部に軟磁性層を形成しておき、柱状構造体の下部に軟磁性層を配置することもできる。   It is also possible to form a soft magnetic layer on the upper part of the substrate and arrange the soft magnetic layer on the lower part of the columnar structure.

「実施例4」
本実施例は、磁気記録再生装置に関するものである。実施例3で記載の磁気記録媒体は記録再生できる特性があるため、図6に示すように磁気記録媒体61は、他に磁気記録媒体駆動部62、磁気ヘッド63、磁気ヘッド駆動部64、信号処理部65などを備えた磁気記録再生装置において利用することが可能である。
Example 4
The present embodiment relates to a magnetic recording / reproducing apparatus. Since the magnetic recording medium described in the third embodiment has recording and reproducing characteristics, the magnetic recording medium 61 includes a magnetic recording medium driving unit 62, a magnetic head 63, a magnetic head driving unit 64, a signal, as shown in FIG. The present invention can be used in a magnetic recording / reproducing apparatus including a processing unit 65 and the like.

「実施例5」
本実施例は、情報処理装置に関するものである。
"Example 5"
The present embodiment relates to an information processing apparatus.

前記、実施例4に記載の磁気記録再生装置は、情報の出し入れが可能であるため、図7に示すように、磁気記録再生装置部72、演算部73、メモリ部分74、電源75、外部入出力部76とこれらをつなぐ配線77を格納容器71に収めた情報処理装置を構成することが可能である。   Since the magnetic recording / reproducing apparatus described in the fourth embodiment can input and output information, as shown in FIG. 7, the magnetic recording / reproducing apparatus part 72, the calculation part 73, the memory part 74, the power supply 75, the external input / output, and the like. It is possible to constitute an information processing apparatus in which the output unit 76 and the wiring 77 connecting them are housed in the storage container 71.

「実施例6」
本実施例では、本発明のナノ構造体をモールドとして用いた実施例について説明する。
"Example 6"
In this example, an example using the nanostructure of the present invention as a mold will be described.

図9は、本発明のモールドとして用いたナノ構造体の例を示す図である。   FIG. 9 is a diagram showing an example of a nanostructure used as a mold of the present invention.

ガラス基板上に実施例1と同様にAl−(Si,Ge)混合膜32を100nmを形成した。ここでAl(Si,Ge)混合膜にはAl0.6Si0.4組成のものを用いCF4でSiマトリックス部を約50nmドライエッチングしAlを主成分とする柱状構造突出部85を約40nm作製した。このとき柱状構造突出部95の直径は約5nmでありその間隔は約9nmであった。柱状構造突出部35の上に硬質膜としてのNi層96を約15nm形成して図9に示す構造とした。 An Al— (Si, Ge) mixed film 32 having a thickness of 100 nm was formed on a glass substrate in the same manner as in Example 1. Here, an Al (Si, Ge) mixed film having an Al 0.6 Si 0.4 composition was used, and the Si matrix portion was dry-etched with CF 4 by about 50 nm to produce about 40 nm of columnar structure protrusions 85 containing Al as a main component. At this time, the diameter of the columnar structure protrusions 95 was about 5 nm, and the interval was about 9 nm. A Ni layer 96 as a hard film is formed to a thickness of about 15 nm on the columnar structure projecting portion 35 to obtain the structure shown in FIG.

得られたナノ構造体表面に剥離剤を塗布してモールド51として図5に示したように、Si基板53上にレジスト52としてPMMAを30nm塗布した基板53へ押し付けた。   As shown in FIG. 5, a release agent was applied to the surface of the obtained nanostructure and pressed against a substrate 53 having a PMMA coating of 30 nm as a resist 52 on a Si substrate 53.

モールドをとって基板上PMMA表面を走査型プローブ顕微鏡で観察したところ、モールド表面のナノサイズ突起の跡が、PMMAへ微細孔として残っていた。   When the mold was taken and the surface of the PMMA on the substrate was observed with a scanning probe microscope, traces of nano-sized protrusions on the surface of the mold remained as fine holes in the PMMA.

本発明の実施形態におけるナノ構造体の一例を示す模式図The schematic diagram which shows an example of the nanostructure in embodiment of this invention 同じくナノ構造体の他の例を示す模式図Schematic diagram showing other examples of nanostructures 同じくナノ構造体の製法の一例を示す模式図Schematic diagram showing an example of a method for producing nanostructures 本発明の表面に薄膜を形成する場合のナノ構造体を示す模式図Schematic showing a nanostructure when a thin film is formed on the surface of the present invention 本発明のナノ構造体をモールドとして用いた場合の模式図Schematic diagram when the nanostructure of the present invention is used as a mold 本発明の磁気記録媒体を用いた磁気記録再生装置を示す模式図Schematic diagram showing a magnetic recording / reproducing apparatus using the magnetic recording medium of the present invention. 本発明の磁気記録再生装置を用いた情報処理装置の概念図Conceptual diagram of information processing apparatus using magnetic recording / reproducing apparatus of the present invention 本発明の基板上にPt層を形成したナノ構造体の例を示す図The figure which shows the example of the nanostructure which formed Pt layer on the board | substrate of this invention 本発明のモールドとして用いたナノ構造体の例を示す図The figure which shows the example of the nanostructure used as a mold of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1 ナノ構造体
11 柱状構造体
12 マトリックス
13 基板
14 柱状構造埋め込み部
15 柱状構造突出部
16 変形柱状構造突出部
21 基板凸部
22 基板表面層凸部
31 柱状構造体
32 Al−(Si,Ge)混合膜
33 (Si,Ge)マトリックス
34 柱状構造埋め込み部
35 柱状構造突出部
36 基板凸部
41 表面膜
51 モールド
52 レジスト
53 基板
56 硬質膜
61 磁気記録媒体
81 柱状構造体
83 基板
83a Pt層
91 モールド
95 柱状構造突出部
96 Ni層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nanostructure 11 Columnar structure 12 Matrix 13 Substrate 14 Columnar structure embedding part 15 Columnar structure protrusion 16 Deformation columnar structure protrusion 21 Substrate convex part 22 Substrate surface layer convex part 31 Columnar structure 32 Al- (Si, Ge) Mixed film 33 (Si, Ge) matrix 34 Columnar structure embedded portion 35 Columnar structure projecting portion 36 Substrate convex portion 41 Surface film 51 Mold 52 Resist 53 Substrate 56 Hard film 61 Magnetic recording medium 81 Columnar structure 83 Substrate 83a Pt layer 91 Mold 95 Columnar structure protrusion 96 Ni layer

Claims (7)

基板又は下地層を有する基板上に形成されたナノ構造体であって、
Alを主成分として含む柱状の第1の部材と前記第1の部材を取り囲むように形成した第2の部材を備え、前記第2の部材がAlと共晶を形成し得るSiGe又はそれらの混合物を主成分として含み、前記第1の部材が前記第2の部材よりも突出していることを特徴とするナノ構造体。
A nanostructure formed on a substrate or a substrate having an underlayer,
Si , Ge, or those having a columnar first member containing Al as a main component and a second member formed so as to surround the first member, the second member being capable of forming a eutectic with Al A nanostructure characterized in that the first member protrudes more than the second member.
前記第1の部材の平均直径が20nm以下であることを特徴とする請求項1記載のナノ構造体。   The nanostructure according to claim 1, wherein an average diameter of the first member is 20 nm or less. 前記第1の部材の前記第2部材より突出している高さが50nm以下であることを特徴とする請求項1又は2記載のナノ構造体。   The nanostructure according to claim 1 or 2, wherein a height of the first member protruding from the second member is 50 nm or less. 請求項1から3のいずれか記載のナノ構造体を用いたモールド。   A mold using the nanostructure according to any one of claims 1 to 3. 基板又は下地層を有する基板の上に、Alを主成分として含む柱状の第1の部材と前記第1の部材を取り囲むように形成した第2の部材とを備え、前記第2の部材がAlと共晶を形成し得るSiGe又はそれらの混合物を主成分として含む構造体をスパッタで形成する工程と、前記第2の部材を一部又は全部を除去する工程とを備えることを特徴とするナノ構造体の製造方法。 A columnar first member containing Al as a main component and a second member formed so as to surround the first member are provided on a substrate or a substrate having a base layer, and the second member is made of Al. And a step of forming a structure containing Si , Ge or a mixture thereof, which can form a eutectic as a main component, by sputtering, and a step of removing part or all of the second member. A method for producing a nanostructure. 前記第2の部材を一部又は全部を除去する工程が、前記第2の部材を除去して前記基板又は下地層を有する基板を露出させる工程であり、且つ
前記第2の部材を一部又は全部を除去する工程の後に、前記基板又は下地層を有する基板の一部を除去する工程を備えることを特徴とする請求項5記載のナノ構造体の製造方法。
The step of removing part or all of the second member is a step of removing the second member to expose the substrate or the substrate having the base layer, and partially or partially removing the second member. 6. The method for producing a nanostructure according to claim 5, further comprising a step of removing a part of the substrate or the substrate having an underlayer after the step of removing all.
前記基板又は下地層を有する基板から第1の部材を除去する工程後に、
前記基板又は下地層を有する基板上に積層膜を形成する工程とを有する請求項6記載のナノ構造体の製造方法。
After the step of removing the first member from the substrate or the substrate having the underlayer,
The method for producing a nanostructure according to claim 6, further comprising a step of forming a laminated film on the substrate or a substrate having a base layer.
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