JP4665720B2 - Pattern substrate, pattern substrate manufacturing method, fine mold, and magnetic recording pattern medium - Google Patents

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Description

本発明は自己組織化現象を利用し微細なパターンを形成させた基板およびその製造方法に関する。本発明で得られる基板はそのまま微細で規則性の高い構造を有する基板として用いることもできるが、これをマスクや鋳型として利用し、微細で規則性の高い構造を他の基板や物質に転写して用いることもできる。また、本発明はナノインプリント等に適用される微細金型や記録密度の高い磁気記録装置用媒体等の製造に適用されうる。   The present invention relates to a substrate on which a fine pattern is formed using a self-organization phenomenon and a method for manufacturing the same. The substrate obtained in the present invention can be used as a substrate having a fine and regular structure as it is, but it can be used as a mask or a mold to transfer the fine and regular structure to another substrate or substance. Can also be used. Further, the present invention can be applied to manufacture of a fine mold applied to nanoimprint or the like, a medium for a magnetic recording apparatus having a high recording density, or the like.

電子デバイス,エネルギー貯蔵デバイス,センサー等の小型化・高性能化に伴い、数ナノメートル〜数百ナノメートルのサイズの微細な構造を有する基板への要求が高まっており、特に低コストでこれらの構造を製造できるプロセスの確立が求められている。このようなデバイスの一例として、磁気記録装置の記録密度を飛躍的に向上させるパターン媒体の技術が、例えば、特許文献1に開示されている。   With the downsizing and high performance of electronic devices, energy storage devices, sensors, etc., there is an increasing demand for substrates having a fine structure with a size of several nanometers to several hundred nanometers. There is a need to establish processes that can produce structures. As an example of such a device, for example, Patent Document 1 discloses a technique of a pattern medium that dramatically improves the recording density of a magnetic recording apparatus.

一般的に微細な構造の加工には、リソグラフィーに代表されるトップダウン的手法、すなわちバルク材料を微細に刻むことにより形状を付与する方法が一般に用いられている。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 general, for processing a fine structure, a top-down method represented by lithography, that is, a method of imparting a shape by finely engraving a bulk material is generally used. Optical lithography used for semiconductor microfabrication such as LSI manufacturing is a typical example.

しかしながら、加工寸法が微細になるに従い、トップダウン的手法では装置・プロセス両面から困難さが増してくる。特に、加工寸法が数十ナノメートルに迫ると、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、マスクの適用が難しくなり直接描画法を適用する必要が生じ、加工スループットが十分ではないという問題を回避することも困難である。   However, as processing dimensions become finer, the top-down approach increases the difficulty of both equipment and process. In particular, when the processing size approaches several tens of nanometers, it is necessary to use an electron beam or deep ultraviolet rays for patterning, and enormous investment is required for the apparatus. In addition, it becomes difficult to apply the mask and it is necessary to apply the direct writing method, and it is difficult to avoid the problem that the processing throughput is not sufficient.

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。特に高分子ブロック共重合体の自己組織化現象、いわゆるミクロ相分離現象を応用したプロセスは簡便な塗布プロセスにより数十ナノメートル〜数百ナノメートルの種々の形状を有する微細規則構造を形成できる点で優れたプロセスである。高分子ブロック共重合体が形成する自己組織的な相分離構造、すなわちミクロ相分離構造を利用して基板に規則配列構造を形成した例としては、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タクリル酸メチルなどの組み合わせからなる高分子ブロック共重合体薄膜をエッチングマスクとして用い、孔やラインアンドスペースなどの構造を基板上に形成した例が知られている。   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. In particular, the process applying the self-organization phenomenon of polymer block copolymer, so-called micro phase separation phenomenon, can form a fine regular structure having various shapes of several tens to several hundreds of nanometers by a simple coating process. It is an excellent process. Examples of forming a regular array structure on a substrate using a self-organized phase separation structure formed by a polymer block copolymer, that is, a microphase separation structure, are polystyrene and polybutadiene, polystyrene and polyisoprene, polystyrene and poly An example is known in which a polymer block copolymer thin film made of a combination of methyl methacrylate or the like is used as an etching mask and a structure such as a hole or a line and space is formed on a substrate.

高分子ブロック共重合体のミクロ相分離構造を応用し、基板上に自己組織化形状を配列させる方法では、高分子ブロック共重合体を形成する各高分子鎖が形成するナノサイズのミクロドメインが規則的に配列し構造性の高い構造をとっている場合が多く、ミクロには自己組織化形状が規則的に配列した構造が得られる。しかしながら、マクロに見れば、ミクロドメインの配列方向や配列の規則性が異なる領域(以下、グレインと称する)が多数存在し、またそのグレイン内においても、ミクロドメインの配列に点欠陥や線欠陥が存在する。そのため、大面積にわたり高度な規則性が要求される用途、たとえば磁気記録用パターン媒体の加工等にはそのままでは適用することができない。   By applying the microphase-separated structure of the polymer block copolymer and arranging the self-assembled shapes on the substrate, the nano-sized microdomains formed by each polymer chain forming the polymer block copolymer are In many cases, the structure is regularly arranged and has a highly structured structure, and a structure in which self-organized shapes are regularly arranged is obtained in the micro. However, from a macro perspective, there are many regions (hereinafter referred to as grains) having different microdomain arrangement directions and arrangement regularities, and even within the grains, there are point defects and line defects in the microdomain arrangement. Exists. For this reason, it cannot be applied as it is to applications requiring high regularity over a large area, for example, processing of a magnetic recording pattern medium.

この問題を解決する方法として、図1に模式的に示すように、基板表面に微細な溝11をトップダウン的手法により形成し、その溝11の内部、すなわち拘束された空間内でミクロ相分離構造を形成することにより、欠陥・グレイン・粒界等を減少させる試みが報告されている(例えば、非特許文献1)。この手法は、溝の壁に沿ってミクロ相分離構造が配列する現象を応用したものであり、この手法を用いて磁気記録用パターン媒体を製造する方法についてもすでに報告がなされている(例えば、特許文献1)。しかしながら、この手法ではミクロ相分離構造により得られた微細なパターンに加えて、欠陥やグレイン構造等を減少させる目的で形成した溝に由来する形状が残存することになる。すなわち、基板全面に目的とする微細なパターンを形成することはできない。これは、たとえば磁気記録用パターン媒体に適用した場合、溝に由来する形状の面積分、記録密度が減少することになり望ましくない。   As a method for solving this problem, as schematically shown in FIG. 1, a fine groove 11 is formed on the substrate surface by a top-down method, and microphase separation is performed inside the groove 11, that is, in a constrained space. Attempts to reduce defects, grains, grain boundaries, etc. by forming a structure have been reported (for example, Non-Patent Document 1). This technique applies a phenomenon in which microphase separation structures are arranged along the walls of the grooves, and a method for producing a magnetic recording pattern medium using this technique has already been reported (for example, Patent Document 1). However, in this method, in addition to the fine pattern obtained by the microphase separation structure, the shape derived from the grooves formed for the purpose of reducing defects, grain structures, and the like remains. That is, a desired fine pattern cannot be formed on the entire surface of the substrate. For example, when this is applied to a magnetic recording pattern medium, the recording density is reduced by the area of the shape derived from the groove, which is not desirable.

また、図2に模式的に示したプロセス、すなわち上記した方法により溝11中で高分子ブロック共重合体のミクロ相分離構造を形成し、その片側相をエネルギー線等により分解し、得られた膜をマスクとして基板を加工する方法が開示されている(例えば、特許文献2)。しかしながら、本方法では溝底部においてのみ微細で略規則的な凸凹形状が加工されるため、得られる基板表面は図2(C)に示すように、目的とする微細で略規則的な凸凹20が溝11の底部のみに存在する形状となる。すなわち、微細で略規則的な凸凹20とその周辺部分21の表面高さが同一ではなく、例えば、本製造方法を磁気記録用パターン媒体に適用した場合、磁気記録用ヘッドの円滑な駆動を阻害することとなるため望ましくない。   Further, a process schematically shown in FIG. 2, that is, a microphase separation structure of a polymer block copolymer was formed in the groove 11 by the above-described method, and one side phase was decomposed with an energy ray or the like was obtained. A method of processing a substrate using a film as a mask is disclosed (for example, Patent Document 2). However, in this method, since a fine and substantially regular uneven shape is processed only at the groove bottom, the obtained substrate surface has a desired fine and substantially regular unevenness 20 as shown in FIG. The shape is present only at the bottom of the groove 11. That is, the surface heights of the fine and substantially regular unevenness 20 and the peripheral portion 21 thereof are not the same. For example, when this manufacturing method is applied to a magnetic recording pattern medium, smooth driving of the magnetic recording head is hindered. This is not desirable.

高分子ブロック共重合体を用い、溝形状を残すことなく基板全面を欠陥・グレイン・粒界なくパターニングする方法としては、高分子ブロック共重合体を構成する高分子ブロック鎖それぞれと親和性を有するように基板表面を化学的にパターニングする方法が開示されている(例えば、非特許文献2)。しかしながら、この方法によると、高分子ブロック共重合体が形成するミクロ層分離構造と同等の寸法を有する化学的パターンをトップダウン的手法により基板表面に作成する必要があり、現実的な手法ではない。   As a method of patterning the entire surface of the substrate without defects, grains, and grain boundaries without leaving the groove shape, the polymer block copolymer has affinity with each of the polymer block chains constituting the polymer block copolymer. A method of chemically patterning the substrate surface is disclosed (for example, Non-Patent Document 2). However, according to this method, it is necessary to create a chemical pattern having the same dimensions as the micro-layer separation structure formed by the polymer block copolymer on the substrate surface by a top-down method, which is not a practical method. .

特開2002−279616号公報JP 2002-279616 A 特開2003−155365号公報JP 2003-155365 A Chengら、Adv. Mater. 15 (2003) 1599Cheng et al., Adv. Mater. 15 (2003) 1599 Kimら、Nature 424 (2003) 411Kim et al., Nature 424 (2003) 411

上述したように高分子ブロック共重合体のミクロ相分離を応用したパターニング手法は簡便で低コストな手法であるが、従来の方法に従えば、基板の表面全面に微細な構造を欠陥やグレイン構造なくパターニングすることはできない。また、従来技術により作製したパターン基板をマスクとして用いて基板を加工した場合、微細な凸凹を有する部分とその周辺部分では表面の高さに不均一が生じる問題がある。   As described above, the patterning technique using microphase separation of the polymer block copolymer is a simple and low-cost technique. However, according to the conventional method, a fine structure is formed on the entire surface of the substrate by a defect or grain structure. Patterning is not possible. In addition, when a substrate is processed using a patterned substrate manufactured by a conventional technique as a mask, there is a problem in that the surface height is uneven in a portion having fine irregularities and its peripheral portion.

本発明の目的は、上記課題を解決し、高分子ブロック共重合体のミクロ相分離を用い、簡便・低コストに基板の表面をパターニングする方法を提供することにある。また、微細な形状を形成した基板、ナノインプリント用の微細金型、さらに磁気記録用パターン媒体およびそれらの製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above problems and provide a method for patterning the surface of a substrate simply and at low cost using microphase separation of a polymer block copolymer. Another object of the present invention is to provide a substrate on which a fine shape is formed, a fine mold for nanoimprinting, a patterned medium for magnetic recording, and a method for producing them.

本発明は、略規則的なミクロ相分離構造を有する高分子ブロック共重合体の薄膜をベース基板表面に有するパターン基板において、前記ベース基板表面が凸凹形状を有し、かつ、前記高分子ブロック共重合体の薄膜が前記ベース基板の凹形状部分及び凸形状部分の表面に形成されていることを特徴とする、パターン基板である。   The present invention relates to a patterned substrate having a polymer block copolymer thin film having a substantially regular microphase separation structure on the surface of the base substrate, the base substrate surface having an uneven shape, and the polymer block copolymer. A patterned substrate in which a polymer thin film is formed on the concave portion and the surface of the convex portion of the base substrate.

このパターン基板において略規則的ミクロ相分離構造を構成するミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離をaとした場合、凹形状部分の深さが0.5a以上1.5a以下であることが望ましい。   In this pattern substrate, when the distance between the closest microdomains of the microdomains constituting the substantially regular microphase separation structure is a, the depth of the concave portion is preferably 0.5a or more and 1.5a or less.

また、ミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離aは10ナノメートル以上200ナノメートル以下であることが望ましい。また、基板の凸形状部分の幅は1.0a以上
50.0a 以下であり、凹形状部分の幅は1.0a 以上25.0a 以下であり、さらに、ミクロ相分離構造を有する薄膜の厚みが、基板の凸形状部分表面において0.5a 以上
1.5a 以下であることが望ましい。さらに、ミクロ相分離構造を構成するミクロドメインの構造が球状またはシリンダー状であることが望ましい。
Further, it is desirable that the distance a between the nearest microdomains of the microdomain is 10 nanometers or more and 200 nanometers or less. Further, the width of the convex portion of the substrate is 1.0a or more and 50.0a or less, the width of the concave portion is 1.0a or more and 25.0a or less, and the thickness of the thin film having the microphase separation structure is The surface of the convex portion of the substrate is preferably 0.5a or more and 1.5a or less. Furthermore, it is desirable that the structure of the microdomain constituting the microphase separation structure is spherical or cylindrical.

また、本発明は、ベース基板の表面に凹凸形状を有し、高分子ブロック共重合体の薄膜が、凹形状部分の溝内に形成され、連続相中にミクロドメインが一列配列した層と、凸形状部分の表面に形成され、連続相中にミクロドメインが一列配列した層の2層構造であることを特徴とするパターン基板である。   In addition, the present invention has a concavo-convex shape on the surface of the base substrate, a thin film of a polymer block copolymer is formed in the groove of the concave portion, and a layer in which microdomains are arranged in a row in a continuous phase; It is a pattern substrate characterized by having a two-layer structure of layers formed on the surface of a convex portion and having a microdomain arranged in a row in a continuous phase.

また、本発明は、平滑な表面を有する基板の表面の一部に凹形状を形成する工程と、前記凹形状内部を充填しかつ基板表面を被覆するように高分子ブロック共重合体薄膜を形成する工程と、前記高分子ブロック共重合体薄膜中にミクロ相分離構造を形成させる工程を有することを特徴とするパターン基板の製造方法である。   The present invention also provides a step of forming a concave shape on a part of the surface of a substrate having a smooth surface, and a polymer block copolymer thin film is formed so as to fill the concave shape and cover the substrate surface And a step of forming a microphase separation structure in the polymer block copolymer thin film.

また、前記ミクロ相分離構造から1つの高分子相を選択的に除去する工程を有することを特徴とするパターン基板の製造方法である。   The pattern substrate manufacturing method further includes a step of selectively removing one polymer phase from the microphase separation structure.

また、前記ミクロ相分離構造から1つの高分子相を選択的に除去した後、残存した他の高分子相をマスクとして基板を加工することにより前記ミクロ相分離構造を基板表面に転写する工程を有することを特徴とするパターン基板の製造方法である。   And a step of selectively removing one polymer phase from the microphase separation structure and then transferring the microphase separation structure to the substrate surface by processing the substrate using the remaining other polymer phase as a mask. It is a manufacturing method of the pattern board | substrate characterized by having.

さらに、前記ミクロ相分離構造から1つの高分子相を選択的に除去し、残存した他の高分子相に被転写体を密着させてミクロ相分離構造を被転写体に転写する工程を有することを特徴とするパターン基板の製造方法である。   And a step of selectively removing one polymer phase from the microphase-separated structure and bringing the transferred material into close contact with the remaining other polymer phase to transfer the microphase-separated structure to the transferred material. A method for manufacturing a patterned substrate.

また、本発明は前記4種の製造方法を含む工程を用いて製造したナノインプリント等に用いる微細金型および磁気記録用パターン媒体である。   In addition, the present invention is a fine mold and a magnetic recording pattern medium used for nanoimprint or the like manufactured using a process including the above four types of manufacturing methods.

本発明により、簡便で低コストな微細パターン形成方法である高分子ブロック共重合体のミクロ相分離を応用し、基板の表面全面に微細な構造を欠陥やグレイン構造なくパターニングした基板、およびその製造方法を提供できるようになった。また、微細金型および磁気記録用パターン媒体を提供できるようになった。   According to the present invention, a micro-phase separation of a polymer block copolymer, which is a simple and low-cost fine pattern formation method, is applied, and a substrate having a fine structure patterned on the entire surface of the substrate without defects or a grain structure, and its manufacture A method can be provided. In addition, a fine mold and a magnetic recording pattern medium can be provided.

以下、本発明のパターン基板およびその製造方法を従来技術と対比して説明する。   Hereinafter, the patterned substrate of the present invention and the manufacturing method thereof will be described in comparison with the prior art.

従来の技術を用いて、高分子ブロック共重合体のミクロ相分離構造を利用し、欠陥・グレイン・粒界なく微細なパターンを基板上に形成した基板の模式的断面図を図1に示す。従来の技術では、ミクロ相分離構造が有する欠陥やグレイン構造を、ミクロ相分離構造を拘束された空間、すなわち溝11内部で形成することにより低減する方法が用いられていた。これは、ミクロドメインのサイズに対して数倍〜数十倍のサイズの拘束された空間中では、ミクロ相分離の自由度が減少する。これにより、ミクロ相分離構造を構成するミクロドメインが壁面に沿って配向し、欠陥数やグレイン構造の数が減少する効果を活用したものである。しかしながら、この方法では、図1から明らかなように、溝周辺部分14にはパターンを形成することができない。これは、たとえば磁気記録用パターン媒体に適用した場合、溝周辺部分14の面積分,記録密度が減少することになり望ましくないことは前記したとおりである。   FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a substrate in which a fine pattern without defects, grains, and grain boundaries is formed on the substrate using a micro block separation structure of a polymer block copolymer using a conventional technique. In the prior art, a method of reducing defects and grain structures of the microphase separation structure by forming the microphase separation structure in a space in which the microphase separation structure is constrained, that is, inside the groove 11 has been used. This reduces the degree of freedom of microphase separation in a constrained space having a size several to several tens of times the size of the microdomain. Thereby, the micro domain constituting the micro phase separation structure is oriented along the wall surface, and the effect of reducing the number of defects and the number of grain structures is utilized. However, in this method, as is apparent from FIG. 1, a pattern cannot be formed in the groove peripheral portion 14. As described above, for example, when this is applied to a magnetic recording pattern medium, the recording density is reduced by the area of the groove peripheral portion 14 as described above.

また、図2に示すように、溝11の中で高分子ブロック共重合体のミクロ相分離構造を形成し、その片側相をエネルギー線等により分解し、得られた膜をマスクとして基板を加工する方法により表面に微細な凸凹を加工することができる。しかしながら、図2より明らかなように、従来の技術により形成することができる構造は、微細で略規則的な凸凹
20とその周辺部分21の表面高さが均一ではなく、例えば、本製造方法を磁気記録用パターン媒体に適用した場合、磁気記録用ヘッドの円滑な駆動を阻害することとなるため望ましくないことは前記したとおりである。
In addition, as shown in FIG. 2, a micro block separation structure of a polymer block copolymer is formed in the groove 11, the one side phase is decomposed with energy rays, and the substrate is processed using the obtained film as a mask. By this method, fine irregularities can be processed on the surface. However, as is apparent from FIG. 2, the structure that can be formed by the conventional technique is not uniform in the surface height of the fine and substantially regular irregularities 20 and the peripheral portion 21 thereof. As described above, when applied to a magnetic recording pattern medium, smooth driving of the magnetic recording head is hindered.

本発明者らは、これらの問題を解決するために鋭意検討を行い、従来の技術において適用されていた拘束空間を用いてミクロ相分離構造を制御する概念とは異なった概念に基づく制御方法を発明するに至った。本発明の原理を模式的に図3に示す。すなわち、本発明では基板表面に凹部32を作成し、その内部を含む基板の表面全面に高分子ブロック共重合体の薄膜を製膜した後に、高分子ブロック共重合体の薄膜中にミクロ相分離構造を形成させる。本発明者らは、しかる方法をとると、凹部32の内部のみならず、凹部32の周辺すなわち、基板表面の凸部31を含めて、基板表面全面にミクロ相分離構造を欠陥やグレイン構造なく形成できることを見出した。本発明において、凹部32は、ミクロ相分離構造の欠陥やグレイン構造を低減するための拘束空間として作用しているのではなく、基板表面全体の自由な空間中で発現するミクロ相分離構造の基点となっていると考えることができる。本発明を用いることで、基板表面全面に欠陥やグレイン構造の極めて少ないミクロ相分離構造を形成することが可能となった。なお、本発明は、必ずしも、基板の表面全面へのミクロ相分離構造の形成を行う必要はなく、目的とする領域のみに欠陥やグレイン構造の極めて少ないミクロ相分離構造の形成を行うことを排除するものではない。   The present inventors have intensively studied to solve these problems, and have developed a control method based on a concept different from the concept of controlling a microphase separation structure using a constrained space applied in the prior art. It came to invent. The principle of the present invention is schematically shown in FIG. That is, in the present invention, the recess 32 is formed on the surface of the substrate, a thin film of the polymer block copolymer is formed on the entire surface of the substrate including the inside thereof, and then microphase separation is performed in the thin film of the polymer block copolymer. A structure is formed. When the present inventors take an appropriate method, not only the inside of the concave portion 32 but also the periphery of the concave portion 32, that is, the convex portion 31 on the substrate surface, the microphase separation structure is formed on the entire surface of the substrate without defects or grain structures. It was found that it can be formed. In the present invention, the concave portion 32 does not act as a constraining space for reducing defects or grain structures of the microphase separation structure, but is a base point of the microphase separation structure that appears in a free space on the entire substrate surface. Can be considered. By using the present invention, it is possible to form a microphase separation structure with very few defects and a grain structure on the entire surface of the substrate. In the present invention, it is not always necessary to form a microphase separation structure over the entire surface of the substrate, and it is excluded to form a microphase separation structure with very few defects and grain structures only in the target region. Not what you want.

以下、本発明のパターン基板およびその製造方法の詳細を説明する。   Hereinafter, the details of the patterned substrate and the manufacturing method thereof of the present invention will be described.

本発明に用いる高分子ブロック共重合体にはミクロ相分離構造を形成した後にミクロ相分離構造を構成する複数のミクロドメインうち、目的とするミクロドメインを選択的に除去できるものを用いる。この場合、各ミクロドメイン間でのリアクティブイオンエッチング(RIE)またはその他のエッチング手法に対するエッチングレートの差を利用することが好ましい。例えば、ポリスチレンとポリブタジエンからなる高分子ブロック共重合体を用いた場合には、オゾン処理によりポリスチレンブロックからなるミクロドメインのみを残すように現像処理が可能である。ポリスチレンとポリメチルメタクリレートからなる高分子ブロック共重合体では、ポリスチレンの方がポリメチルメタクリレートより酸素やCF4 をエッチャントとして用いるRIEに対するエッチング耐性が高い。このため、
RIEによりポリメチルメタクリレートからなるミクロドメインのみを選択的に除去することが可能である。
As the polymer block copolymer used in the present invention, one that can selectively remove the target microdomain among a plurality of microdomains constituting the microphase separation structure after the microphase separation structure is formed is used. In this case, it is preferable to use the difference in etching rate between reactive ion etching (RIE) or other etching methods between the microdomains. For example, when a polymer block copolymer made of polystyrene and polybutadiene is used, development processing can be performed so as to leave only microdomains made of polystyrene blocks by ozone treatment. In a polymer block copolymer composed of polystyrene and polymethyl methacrylate, polystyrene has higher etching resistance to RIE using oxygen or CF 4 as an etchant than polymethyl methacrylate. For this reason,
Only microdomains composed of polymethylmethacrylate can be selectively removed by RIE.

このような高分子ブロック共重合体としては例えばポリブタジエン−ポリジメチルシロキサン、ポリブタジエン−4−ビニルピリジン、ポリブタジエン−メチルメタクリレート、ポリブタジエン−ポリ−t−ブチルメタクリレート、ポリブタジエン−t−ブチルアクリレート、ポリ−t−ブチルメタクリレート−ポリ−4−ビニルピリジン、ポリエチレン−ポリメチルメタクリレート、ポリ−t−ブチルメタクリレート−ポリ−2−ビニルピリジン、ポリエチレン−ポリ−2−ビニルピリジン、ポリエチレン−ポリ−4−ビニルピリジン、ポリイソプレンーポリー2−ビニルピリジン、ポリメチルメタクリレート−ポリスチレン、ポリ−t−ブチルメタクリレート−ポリスチレン、ポリメチルアクリレート−ポリスチレン、ポリブタジエンーポリスチレン、ポリイソプレン−ポリスチレン、ポリスチレン−ポリ−2−ビニルピリジン、ポリスチレン−ポリ−4−ビニルピリジン、ポリスチレン−ポリジメチルシロキサン、ポリスチレン−ポリ−N,N−ジメチルアクリルアミド、ポリブタジエン−ポリアクリル酸ナトリウム、ポリブタジエン−ポリエチレンオキシド、ポリ−t−ブチルメタクリレート−ポリエチレンオキシド、ポリスチレン−ポリアクリル酸、ポリスチレン−ポリメタクリル酸等がある。   Examples of such a polymer block copolymer include polybutadiene-polydimethylsiloxane, polybutadiene-4-vinylpyridine, polybutadiene-methyl methacrylate, polybutadiene-poly-t-butyl methacrylate, polybutadiene-t-butyl acrylate, poly-t- Butyl methacrylate-poly-4-vinyl pyridine, polyethylene-polymethyl methacrylate, poly-t-butyl methacrylate-poly-2-vinyl pyridine, polyethylene-poly-2-vinyl pyridine, polyethylene-poly-4-vinyl pyridine, polyisoprene -Poly-2-vinylpyridine, polymethyl methacrylate-polystyrene, poly-t-butyl methacrylate-polystyrene, polymethyl acrylate-polystyrene, polybutadiene Restyrene, polyisoprene-polystyrene, polystyrene-poly-2-vinylpyridine, polystyrene-poly-4-vinylpyridine, polystyrene-polydimethylsiloxane, polystyrene-poly-N, N-dimethylacrylamide, polybutadiene-sodium polyacrylate, polybutadiene -Polyethylene oxide, poly-t-butyl methacrylate-polyethylene oxide, polystyrene-polyacrylic acid, polystyrene-polymethacrylic acid, etc.

上記した高分子ブロック共重合体はA高分子鎖とB高分子鎖の2種類の高分子鎖が結合した構造を有するAB型高分子ジブロック共重合体の例であるが、ABA型高分子トリブロック共重合体であってもよいし、あるいは三種以上の高分子からなるABC型高分子ブロック共重合体であってもよい。さらに、各ブロックが直列した高分子ブロック共重合体のほか、例えば各ブロックが1点で結合したスター型の高分子ブロック共重合体を用いることもできる。これは、目的とするミクロ相分離構造の形状を得る上で最適なものを選択すればよい。   The above polymer block copolymer is an example of an AB type polymer diblock copolymer having a structure in which two types of polymer chains of A polymer chain and B polymer chain are combined. It may be a triblock copolymer or an ABC type polymer block copolymer composed of three or more kinds of polymers. Furthermore, in addition to the polymer block copolymer in which each block is connected in series, for example, a star-type polymer block copolymer in which each block is bonded at one point can be used. What is necessary is just to select the optimal thing in obtaining the shape of the target micro phase-separation structure.

また、ミクロドメインを金属原子等により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。例えばポリスチレンとポリブタジエンからなる高分子ブロック共重合体の場合、ポリブタジエンからなるミクロドメインはポリスチレンからなるミクロドメインと比較してよりオスミウムにドープされやすい。この効果を利用して、ポリブタジエンからなるドメインのエッチング耐性を向上させることが可能である。   It is also possible to improve etching selectivity by doping microdomains with metal atoms or the like. For example, in the case of a polymer block copolymer made of polystyrene and polybutadiene, a microdomain made of polybutadiene is more easily doped with osmium than a microdomain made of polystyrene. Using this effect, it is possible to improve the etching resistance of the domain made of polybutadiene.

高分子ブロック共重合体は適当な方法で合成すればよいが、ミクロ相分離構造の規則性を向上するためにはできる限り分子量分布が小さくなるような合成手法、例えばリビング重合法を用いることが望ましい。   The polymer block copolymer may be synthesized by an appropriate method, but in order to improve the regularity of the microphase-separated structure, a synthesis method that makes the molecular weight distribution as small as possible, such as a living polymerization method, should be used. desirable.

高分子ブロック共重合体は、基板表面において球状またはシリンダ状のミクロドメインが連続相中に規則的に配列した構造を形成するよう、高分子ブロック共重合体を構成する各ブロックを構成する高分子鎖の分子量比を設定することが望ましい。これにより、互いに分離され微細パターンを形成することが可能となる。一般的に高分子ジブロック共重合体の場合、各ブロックを構成する高分子の分子量の比が1:1近傍の場合はラメラ状のミクロドメイン構造を形成し、組成比が1:1からずれるに従い、シリンダー状,球状の構造へと変化する。   The polymer block copolymer is a polymer constituting each block constituting the polymer block copolymer so as to form a structure in which spherical or cylindrical microdomains are regularly arranged in the continuous phase on the substrate surface. It is desirable to set the molecular weight ratio of the chains. Thereby, it becomes possible to form a fine pattern separated from each other. In general, in the case of a high molecular diblock copolymer, a lamellar microdomain structure is formed and the composition ratio deviates from 1: 1 when the molecular weight ratio of the polymers constituting each block is close to 1: 1. It changes to a cylindrical or spherical structure.

高分子ブロック共重合体の分子量は、目的とするパターンのサイズに応じて選択する必要がある。本発明の目的は従来のトップダウン的手法では作成が困難な数ナノメートル〜数百ナノメートルの構造を形成することにある。そのため、高分子ブロック共重合体が形成するミクロ相分離構造の最近接ミクロドメイン間距離が10ナノメートル以上200ナノメートル以下になるように高分子ブロック共重合体を構成する各ブロックの分子量を調整すればよい。   The molecular weight of the polymer block copolymer must be selected according to the size of the target pattern. An object of the present invention is to form a structure of several nanometers to several hundreds of nanometers, which is difficult to produce by a conventional top-down method. Therefore, the molecular weight of each block constituting the polymer block copolymer is adjusted so that the distance between the closest microdomains of the microphase separation structure formed by the polymer block copolymer is 10 nanometers or more and 200 nanometers or less. do it.

なお、ミクロ相分離構造を構成するミクロドメインの形状およびサイズは、上記した高分子ブロック共重合体を構成する各ブロックの分子量を調整する方法に加えて、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高分子鎖と同じ化学構造からなるホモポリマーをブレンドすることにより調整することも可能である。この方法は、ミクロドメインの形状およびサイズを簡便に制御することができる点で優れている。   The shape and size of the microdomains constituting the microphase-separated structure are not limited to the above-described method for adjusting the molecular weight of each block constituting the polymer block copolymer. It is also possible to adjust by blending a homopolymer having the same chemical structure as the polymer chain constituting the block copolymer. This method is excellent in that the shape and size of the microdomain can be easily controlled.

本発明に用いる基板の材質は特に限定されないが、表面が平滑な基板、例えばシリコンウエハやガラスを用いるのが望ましい。基板表面に微細な溝や凹部を形成する手法も特に限定されるものではないが、定法である光リソグラフィー法を適用することができる。基板にシリコンウエハを用いた場合の加工法の一例を以下に示す。まず、シリコンウエハ上に微細な凹部の深さ相当分の厚みを有するSiO2 薄膜をCVD法により製膜し、その表面にレジスト層を製膜する。ついで、レジスト膜を凹部の形状に相当するパターンを有するマスクを用いて露光・現像することによりパターニングする。その後にパターニングしたレジスト膜をマスクとしてドライエッチングによりSiO2 膜をエッチングしパターンを基板表面に転写するとよい。レジストのパターニングには電子ビームによる直接描画方法等を適用することも可能である。また、リソグラフィー法を用いることなく収束イオンビーム等により基板を直接加工することも可能である。また、ガラス基板を用いた場合にも、公知の手法を用いて微細な溝や凹部を形成すれば良い。 The material of the substrate used in the present invention is not particularly limited, but it is desirable to use a substrate having a smooth surface, such as a silicon wafer or glass. A method for forming fine grooves and recesses on the surface of the substrate is not particularly limited, but a photolithography method which is a usual method can be applied. An example of a processing method when a silicon wafer is used as the substrate is shown below. First, a SiO 2 thin film having a thickness corresponding to the depth of a fine recess is formed on a silicon wafer by a CVD method, and a resist layer is formed on the surface thereof. Next, the resist film is patterned by exposure and development using a mask having a pattern corresponding to the shape of the recess. Thereafter, the SiO 2 film may be etched by dry etching using the patterned resist film as a mask to transfer the pattern to the substrate surface. It is also possible to apply a direct writing method using an electron beam to pattern the resist. In addition, it is possible to directly process the substrate with a focused ion beam or the like without using a lithography method. Even when a glass substrate is used, fine grooves and recesses may be formed using a known method.

高分子ブロック共重合体の薄膜は以下の方法で基板表面に製膜することができる。すなわち、高分子ブロック共重合体を溶媒に溶解し、基板表面にスピンコート法,ディップコート法,溶媒キャスト法等の方法により基板表面に製膜する。その際、高分子ブロック共重合体層の厚みが所定の値となるように、高分子ブロック共重合体の濃度やスピンコートにおける回転数や時間、ディップコート法における引き上げ速度等を調整することが必要である。また、用いる溶媒は高分子ブロック共重合体を構成する各高分子鎖に対して良溶媒であることが望ましい。   The thin film of the polymer block copolymer can be formed on the substrate surface by the following method. That is, the polymer block copolymer is dissolved in a solvent, and formed on the surface of the substrate by a method such as spin coating, dip coating, or solvent casting. At that time, it is possible to adjust the concentration of the polymer block copolymer, the rotation speed and time in spin coating, the pulling speed in the dip coating method, etc. so that the thickness of the polymer block copolymer layer becomes a predetermined value. is necessary. The solvent used is preferably a good solvent for each polymer chain constituting the polymer block copolymer.

上記方法で得られた高分子ブロック共重合体薄膜はそのままの状態ではミクロ相分離が十分に進行せず規則性の低い非平衡構造である場合が多い。そのため、ミクロ相分離を十分に進行させ規則性の高いより平衡に近い構造に変化させるために熱処理を行うのが適当である。熱処理は高分子ブロック共重合体の酸化を防止するために真空や窒素あるいはアルゴン雰囲気下において、高分子ブロック共重合体を構成する各高分子鎖のガラス転移温度以上に加熱することにより行うとよい。   In many cases, the polymer block copolymer thin film obtained by the above method has a non-equilibrium structure with low regularity because the microphase separation does not proceed sufficiently. For this reason, it is appropriate to perform heat treatment in order to sufficiently advance the microphase separation and change the structure to a more regular structure with higher regularity. In order to prevent oxidation of the polymer block copolymer, the heat treatment is preferably performed by heating to a temperature higher than the glass transition temperature of each polymer chain constituting the polymer block copolymer in a vacuum, nitrogen or argon atmosphere. .

図3に球状のミクロドメイン34が連続相33中に略規則的に配列したミクロ相分離構造を有する場合における本発明のパターン基板の断面および表面の模式図を示す。本発明における基板30はその表面に凸凹形状を有している。凸凹形状は溝状で基板表面に周期的に形成されていることが基板表面に形成する高分子ブロック共重合体のミクロ相分離構造の欠陥やグレイン構造を低減する上で望ましいが、凹部32の形状が方形や円形であってもよいし、また、凹部32の基板表面上での配置が均等である必要もない。   FIG. 3 shows a schematic view of the cross section and the surface of the patterned substrate of the present invention in the case where the spherical microdomains 34 have a microphase separation structure arranged approximately regularly in the continuous phase 33. The substrate 30 in the present invention has an uneven shape on its surface. Although it is desirable to reduce the defects and grain structure of the micro phase separation structure of the polymer block copolymer formed on the substrate surface, it is desirable that the uneven shape is a groove shape and periodically formed on the substrate surface. The shape may be square or circular, and the arrangement of the recesses 32 on the substrate surface need not be uniform.

本発明においては、基板表面に存在する凹部32の内部で発現するミクロ相分離を基点として基板表面全体に欠陥やグレイン構造が極めて少ないミクロ相分離構造を有する薄膜を形成する。そのため基板表面の凹部32の深さを以下に示すようにすることが望ましい。すなわち、基板表面に形成するミクロ相分離構造のミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離35をaとした場合、凹部32の深さは0.5a以上1.5a以下が望ましい。これは、凹部内部で発現した略規則的なミクロ相分離構造が、基板表面全体においてもミクロ相分離構造の周期を一定に保った上で連続的に形成可能であるからである。また、凹部32の深さを0.5a以上1.5a以下とすることで、凹部の溝内にミクロ相分離構造の一層が存在し、その上層が凸部表面に歪なく配列した構造とすることができる。   In the present invention, a thin film having a microphase separation structure with very few defects and a grain structure is formed on the entire substrate surface based on the microphase separation that develops inside the recess 32 present on the substrate surface. Therefore, it is desirable to set the depth of the recess 32 on the substrate surface as follows. That is, when the distance 35 between the closest microdomains of the microdomain of the microphase separation structure formed on the substrate surface is a, the depth of the recess 32 is preferably 0.5a or more and 1.5a or less. This is because the substantially regular microphase separation structure developed inside the recess can be continuously formed on the entire substrate surface while keeping the period of the microphase separation structure constant. Further, by setting the depth of the recess 32 to 0.5a or more and 1.5a or less, one layer of the microphase separation structure exists in the groove of the recess, and the upper layer thereof is arranged without distortion on the surface of the protrusion. be able to.

また、基板表面の凹部32および凸部31はその内部および表面においてミクロ相分離構造が歪なく形成できる幅である必要がある。また、本発明によれば、凸部表面に規則性の高いミクロ相分離構造を形成できることから、できるだけ凸部31の面積を大きく、凹部32の面積を小さくすることが望ましく、その意味において凸部31の幅は広いほうが望ましく、凹部32の幅は小さい方が望ましい。他方、凸部31の幅が広くなると、凸部31表面でミクロドメインがグレイン構造をとりやすくなり好ましくない。また、凹部
32の幅が小さくなると凸部31表面部におけるミクロドメインの配列を制御する能力が小さくなり、凸部31表面でミクロドメインがグレイン構造をとりやすくなり好ましくない。本発明者らは凸部31と凹部32の幅を変化させた検討を実施した結果、凸部31および凹部32の幅はそれぞれ、最近接ミクロドメイン間距離35の1.0倍以上50.0倍以下、および1.0倍以上25.0倍以下であることが望ましいことを見出した。
Further, the concave portion 32 and the convex portion 31 on the surface of the substrate need to have such a width that the microphase separation structure can be formed without distortion inside and on the surface. In addition, according to the present invention, since a highly regular microphase separation structure can be formed on the surface of the convex portion, it is desirable to increase the area of the convex portion 31 and reduce the area of the concave portion 32 as much as possible. It is desirable that the width of 31 is wider and the width of the recess 32 is smaller. On the other hand, when the width of the convex portion 31 is widened, the micro domain tends to have a grain structure on the surface of the convex portion 31, which is not preferable. Further, when the width of the concave portion 32 is reduced, the ability to control the arrangement of the microdomains on the surface portion of the convex portion 31 is reduced, and the microdomains easily form a grain structure on the surface of the convex portion 31, which is not preferable. As a result of studying the widths of the convex portion 31 and the concave portion 32 changed by the present inventors, the widths of the convex portion 31 and the concave portion 32 are each 1.0 times or more and 50.0 times the closest inter-microdomain distance 35. It has been found that it is desirable to be not more than twice, and not less than 1.0 and not more than 25.0 times.

なお、基板30の表面に形成するミクロ相分離構造の層数は基板30上に製膜する高分子ブロック共重合体層の厚みにより変化するが、ミクロ相分離構造が球状のミクロドメインや、基板に対して平行に配向したシリンダー構造からなる場合は、その層数が基板の凸部31表面において1層であることが得られたパターン基板を活用する上で望ましい。そのためには、塗布する高分子ブロック共重合体層の厚みは基板の凸部31表面において
0.5a以上1.5a以下とすることが望ましい。
The number of layers of the microphase separation structure formed on the surface of the substrate 30 varies depending on the thickness of the polymer block copolymer layer formed on the substrate 30, but the microphase separation structure has a spherical microdomain or substrate. In the case of a cylindrical structure oriented in parallel with respect to the substrate, it is desirable to use a patterned substrate that is obtained with one layer on the surface of the convex portion 31 of the substrate. For this purpose, the thickness of the polymer block copolymer layer to be applied is desirably 0.5 a or more and 1.5 a or less on the surface of the convex portion 31 of the substrate.

本発明では、最近接ミクロドメイン間距離aに対して、凹部の深さ,幅,凸部の高さ,幅,高分子ブロック共重合体薄膜の厚さを所定の範囲とすることによって、凹凸表面に対してミクロ相分離構造を歪なく配列させ、欠陥やグレイン構造のない高分子ブロック共重合体薄膜を基板の表面全面に形成することができる。   In the present invention, with respect to the distance a between the closest microdomains, the depth and width of the recesses, the height and width of the protrusions, and the thickness of the polymer block copolymer thin film are within a predetermined range. By arranging the microphase-separated structure on the surface without distortion, a polymer block copolymer thin film having no defect or grain structure can be formed on the entire surface of the substrate.

以上、本発明を高分子ブロック共重合体が形成するミクロ相分離構造が球状のミクロドメインが連続相中で略規則的に配列している状態を例として詳述した。しかしながら、ミクロドメインの形状は球状である必要はなく、目的に応じて選択されるべきものである。ミクロドメインの形状がシリンダー状でありかつシリンダー状のミクロドメインが基板に垂直方向に配列した場合の本発明の模式図を図4に、シリンダー状のミクロドメインが基板表面に平行方向に配列した場合の本発明の模式図を図5に示す。また、ミクロドメインの形状がラメラ状であり、かつそのラメラ状ミクロドメインが基板表面に垂直方向に配列した本発明の模式図を図6に示す。これらのミクロ相分離構造においても、最近接ミクロドメイン間距離aと凹部の深さ,幅,凸部の高さ,幅,高分子ブロック共重合体薄膜の厚さとの関係は同様である。また、最近接ミクロドメイン間距離aは、図4〜図6で示した距離35,43,53,63となる。   As described above, the present invention has been described in detail by taking as an example a state in which microdomains having a microphase-separated structure formed by the polymer block copolymer are substantially regularly arranged in a continuous phase. However, the shape of the microdomain does not have to be spherical, and should be selected according to the purpose. FIG. 4 is a schematic diagram of the present invention when the microdomain shape is cylindrical and the cylindrical microdomains are arranged in the direction perpendicular to the substrate, and the cylindrical microdomains are arranged in a direction parallel to the substrate surface. FIG. 5 shows a schematic diagram of the present invention. FIG. 6 shows a schematic diagram of the present invention in which the shape of the microdomain is lamellar and the lamellar microdomain is arranged in the direction perpendicular to the substrate surface. In these microphase-separated structures, the relationship between the distance a between the closest microdomains and the depth, width, height of the convexity, width, and thickness of the polymer block copolymer thin film is the same. The closest inter-microdomain distance a is the distances 35, 43, 53, and 63 shown in FIGS.

次に、上述したパターン基板を用いて、表面に略規則的な凸凹形状を有するパターン基板を作成するための3種類の製造方法を詳述する。以下の説明では、AとBの2種類の高分子鎖からなるABジブロック共重合体を用い、A相が球状のミクロドメインを形成する場合を例とするが、ミクロドメインがシリンダー状やラメラ状等他の構造である場合や、用いる高分子ブロック共重合体がトリブロック等、他の種類である場合においても同等の製造方法を適用することができる。   Next, three types of manufacturing methods for producing a pattern substrate having a substantially regular uneven shape on the surface using the above-described pattern substrate will be described in detail. In the following description, an AB diblock copolymer composed of two types of polymer chains A and B is used as an example in which the A phase forms a spherical microdomain. The same production method can also be applied to other structures such as a shape or when the polymer block copolymer to be used is another type such as a triblock.

表面に微細な略規則的な凸凹形状を有するパターン基板の第1の製造方法を図7(A)〜(D)に示した模式的工程図を用いて説明する。本製造方法では、まず、基板の表面に公知の手法により所定のパターンの凹部32を形成する(図7(A))。次に、凹部32が形成された基板の表面に上述した方法により高分子ブロック共重合体薄膜70を製膜する(図7(b))。次に、高分子ブロック共重合体薄膜70を上述した方法により基板表面全体に球状のミクロドメイン71が連続相72中に略規則的に配列したミクロ相分離構造を有する高分子ブロック共重合体の薄膜を形成する(図7(C))。次に、このミクロ相分離構造を構成する球状ミクロドメイン71と連続相72のうち、連続相72を酸素プラズマによる反応性イオンエッチング(RIE)法やその他のエッチング法により選択的に除去する(図7(D))。この際、球状ミクロドメイン71がマスクとなり、連続相
72のうち球状ミクロドメイン71と基板30の間に存在する領域はエッチングされない。以上の工程により、球状ミクロドメインに相当する微細凸形状73が略規則的に表面全面に配列した構造を有する基板74を形成することができる。なお、上記説明では図7
(D)に示す工程において連続相72をエッチングする方法を示したが、逆に球状ミクロドメイン71をエッチングすることも可能である。この場合、基板74の表面には球状ドメイン71に相当するポアが略規則的に表面全面に配列した構造が形成される。従って、目的とするパターン形状に応じて、球状ミクロドメイン71と連続相72のうち片側の相を選択的に除去すれば良い。
A first method for producing a patterned substrate having a fine, regular and irregular shape on the surface will be described with reference to schematic process diagrams shown in FIGS. In this manufacturing method, first, concave portions 32 having a predetermined pattern are formed on the surface of the substrate by a known method (FIG. 7A). Next, the polymer block copolymer thin film 70 is formed on the surface of the substrate on which the recesses 32 are formed by the method described above (FIG. 7B). Next, the polymer block copolymer thin film 70 is formed of the polymer block copolymer having a microphase separation structure in which spherical microdomains 71 are arranged in the continuous phase 72 substantially regularly on the entire substrate surface by the method described above. A thin film is formed (FIG. 7C). Next, among the spherical microdomains 71 and the continuous phase 72 constituting the microphase separation structure, the continuous phase 72 is selectively removed by a reactive ion etching (RIE) method using oxygen plasma or other etching methods (see FIG. 7 (D)). At this time, the spherical microdomain 71 serves as a mask, and the region existing between the spherical microdomain 71 and the substrate 30 in the continuous phase 72 is not etched. Through the above steps, it is possible to form a substrate 74 having a structure in which fine convex shapes 73 corresponding to spherical microdomains are arranged almost regularly over the entire surface. In the above description, FIG.
Although the method of etching the continuous phase 72 in the process shown in (D) has been shown, it is also possible to etch the spherical microdomain 71 conversely. In this case, a structure is formed on the surface of the substrate 74 in which pores corresponding to the spherical domains 71 are substantially regularly arranged on the entire surface. Therefore, the phase on one side of the spherical microdomain 71 and the continuous phase 72 may be selectively removed according to the target pattern shape.

次に、表面に微細な略規則的な凸凹形状を有する第2の製造方法について図7(A)〜(E)を用いて説明する。まず、表面に微細な略規則的な凸凹形状を有するパターン基板の第1の製造方法に従い、図7(A)〜(D)に示す工程に基づき、微細凸形状73が略規則的に表面全面に配列した構造を有する基板74を作成する。次に、微細凸形状73をマスクとして、RIEやプラズマエッチング法により基板30をエッチング加工することにより、基板30に略規則的なミクロ相分離構造と同等なパターンを転写する(図7(E))。本製造方法に従って製造した基板の表面の高さは基板全面で均一となる。   Next, the 2nd manufacturing method which has the fine substantially regular uneven | corrugated shape on the surface is demonstrated using FIG. 7 (A)-(E). First, according to the first manufacturing method of a patterned substrate having a fine and regular irregular shape on the surface, the fine convex shape 73 is formed almost regularly on the entire surface based on the steps shown in FIGS. A substrate 74 having a structure arranged in the above is formed. Next, the substrate 30 is etched by RIE or plasma etching using the fine convex shape 73 as a mask to transfer a pattern equivalent to a substantially regular microphase separation structure to the substrate 30 (FIG. 7E). ). The height of the surface of the substrate manufactured according to this manufacturing method is uniform over the entire surface of the substrate.

次に、表面に微細な略規則的な凸凹形状を有するパターン基板の第3の製造方法を図8に示した模式的工程図を用いて説明する。まず、表面に微細な略規則的な凸凹形状を有するパターン基板の第1の製造方法に従い、微細凸形状73が略規則的に表面全面に配列した構造を有する基板74を作成する(図8(A)〜(D))。次に、基板74の表面全体に、金属,無機物質またはその他の材質からなる薄膜80を製膜する(図8(E))。その後、薄膜80を基板から剥離することにより、基板74表面の形状のレプリカ形状を有するパターン基板(薄膜81)を製造する(図8(F))。この際、薄膜80の材質は、金属であればニッケル,白金,金等、無機材料であればガラスやチタニア等、製造するパターン基板の用途に応じて選択すればよい。薄膜80が金属の場合、その製膜にはスパッタや蒸着、あるいはめっき法およびその組み合わせを用いることが可能である。また、薄膜80が無機物質の場合は、スパッタやCVD法のほか、例えばゾルゲル法を用いることができる。ここで、めっきやゾルゲル法はミクロ相分離構造に由来する数十ナノメートルの微細な凸凹構造を正確に転写することが可能であり、非真空プロセスであることからくる低コストである点と合わせて望ましい。   Next, the 3rd manufacturing method of the pattern board | substrate which has a fine substantially regular uneven | corrugated shape on the surface is demonstrated using the typical process drawing shown in FIG. First, a substrate 74 having a structure in which fine convex shapes 73 are arranged almost regularly on the entire surface is produced according to the first manufacturing method of a patterned substrate having fine regular irregular shapes on the surface (FIG. 8 ( A) to (D)). Next, a thin film 80 made of a metal, an inorganic substance, or another material is formed on the entire surface of the substrate 74 (FIG. 8E). Thereafter, the thin film 80 is peeled from the substrate to manufacture a patterned substrate (thin film 81) having a replica shape on the surface of the substrate 74 (FIG. 8F). At this time, the material of the thin film 80 may be selected according to the use of the pattern substrate to be manufactured, such as nickel, platinum, gold or the like if it is a metal, or glass or titania if it is an inorganic material. When the thin film 80 is a metal, sputtering, vapor deposition, or a plating method and a combination thereof can be used for film formation. In addition, when the thin film 80 is an inorganic substance, for example, a sol-gel method can be used in addition to the sputtering or the CVD method. Here, the plating and sol-gel method can accurately transfer the fine uneven structure of several tens of nanometers derived from the micro phase separation structure, and it is combined with the low cost that comes from the non-vacuum process. Is desirable.

本製造方法により得られるパターン基板の表面には、図8(F)に示すようにミクロ相分離構造の規則性を向上する目的で用いた凹部32に由来する形状が存在せず、基板表面全体に高さの均一な微細な略規則的な凸凹パターンを有する。   On the surface of the patterned substrate obtained by this manufacturing method, there is no shape derived from the recess 32 used for improving the regularity of the microphase separation structure as shown in FIG. Have a fine, regular and irregular pattern with a uniform height.

以上、上記3種類の方法により製造される略規則的な凸凹パターンを表面に有する基板は、その略規則的な微細構造を応用した種々の用途に直接適用することができる。また、上記方法により製造したパターン基板を原版として利用し、ナノインプリント法等によりその表面構造を他の物質に繰り返し転写することにより大量に複製し、複製物を用途に供することも可能である。   As mentioned above, the board | substrate which has the substantially regular uneven pattern manufactured by the said 3 types of method on the surface can be applied directly to the various uses which applied the substantially regular fine structure. It is also possible to use a patterned substrate manufactured by the above method as an original plate, and repeatedly transfer the surface structure to another substance by a nanoimprinting method or the like, thereby replicating a large amount and using the replicated product for use.

ナノインプリント法により原版のパターンを他の基板に転写する方法としては以下の2種類の方法を用いることができる。第一の方法は原版を用いて直接、目的とする基板をインプリント成型する方法である。この方法は、目的とする基板が直接インプリント可能な材質からなる場合に適する。例えばポリスチレンに代表される熱可塑性樹脂からなる基板の場合、その樹脂のガラス転移温度以上の温度で原版を樹脂基板に押し当て、ガラス転移温度以下まで冷却した後に原版を樹脂基板表面から離型することより、原版の形状を樹脂基板表面に転写することができる。また、基板の材質が光硬化性樹脂である場合には、原版をガラス等からなる光透過性を有する材質とし、光硬化性の樹脂に原版を押し当てた後、原版を通して光を照射することにより樹脂を硬化させた後に、原版を離型することにより原版の形状を樹脂基板の表面に転写することができる。   The following two methods can be used as a method for transferring the pattern of the original plate to another substrate by the nanoimprint method. The first method is a method of directly imprinting a target substrate using an original plate. This method is suitable when the target substrate is made of a material that can be directly imprinted. For example, in the case of a substrate made of a thermoplastic resin typified by polystyrene, the original plate is pressed against the resin substrate at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature of the resin, cooled to the glass transition temperature or lower, and then released from the resin substrate surface. As a result, the shape of the original plate can be transferred to the surface of the resin substrate. In addition, when the substrate material is a photo-curable resin, the original plate is made of a light-transmitting material made of glass or the like, and after the original plate is pressed against the photo-curable resin, light is irradiated through the original plate. After the resin is cured by the above, the shape of the original can be transferred to the surface of the resin substrate by releasing the original.

目的とする基板がガラスや金属等、直接インプリント加工することが困難な場合は、以下に述べる第2の方法を適用すればよい。すなわち、目的とする基板の表面に、直接インプリントできる材質からなる薄層を製膜して、その薄層に原版の形状をインプリント加工により転写する。次に原版の形状を転写した薄層をマスクとして、プラズマやイオンビーム等により目的とする基板をエッチング加工するとよい。   If it is difficult to directly imprint the target substrate such as glass or metal, the second method described below may be applied. That is, a thin layer made of a material that can be directly imprinted is formed on the surface of the target substrate, and the shape of the original is transferred to the thin layer by imprinting. Next, the target substrate may be etched by plasma, ion beam or the like using a thin layer to which the shape of the original plate is transferred as a mask.

本発明による略規則的な凸凹構造を有する基板を適用した事例として磁気記録用のパターン基板が挙げられる。パターン媒体では、磁性記録層を微細な領域に切断して領域間を磁気的に分断し、各領域を記録ピットとすることにより、記録密度を向上している。そのため、基板表面上に規則的に配列した微細な磁性記録領域を高密度に作製する必要がある。例えば、記録密度が1テラビット/平方インチの記録媒体を構成するためには、磁性記録領域の周期が25ナノメートルになるようにする必要がある。本目的を達成するために本発明のパターン基板およびその製造方法を適用することが望ましい。   An example of applying a substrate having a substantially regular uneven structure according to the present invention is a pattern substrate for magnetic recording. In the patterned medium, the recording density is improved by cutting the magnetic recording layer into fine regions and magnetically dividing the regions to form each region as a recording pit. Therefore, it is necessary to produce fine magnetic recording regions regularly arranged on the substrate surface with high density. For example, in order to construct a recording medium with a recording density of 1 terabit / square inch, the period of the magnetic recording area needs to be 25 nanometers. In order to achieve this object, it is desirable to apply the patterned substrate of the present invention and its manufacturing method.

パターン媒体用の基板にはガラスやアルミニウムを用いることができる。ガラスやアルミニウム等の基板表面を図7に示した工程に従い表面に略規則的な微細凸凹パターンを加工した後、スパッタ等の方法を用いて磁気記録層を形成することによりパターン媒体を製造することができる。また、コストや生産性の観点から、図7または図8の方法で加工した表面に略規則的な凸凹パターンを有する基板を原版として、ナノインプリント法により、パターン媒体用基板、あるいは磁性膜を製膜したパターン媒体用基板を加工することが望ましい。   Glass or aluminum can be used for the substrate for the pattern medium. A patterned medium is manufactured by forming a magnetic recording layer using a method such as sputtering after processing a substantially regular fine uneven pattern on the surface of a substrate such as glass or aluminum according to the process shown in FIG. Can do. Further, from the viewpoint of cost and productivity, a substrate for a pattern medium or a magnetic film is formed by a nanoimprint method using a substrate having a substantially regular uneven pattern on the surface processed by the method of FIG. 7 or FIG. It is desirable to process the patterned medium substrate.

以下、図7(A)〜(D)に示す工程に従い、高分子共重合体が形成する球状ミクロドメインを活用して、表面全面に略規則的な微細凹凸形状を有するパターン基板を形成した例を示す。   Hereinafter, in accordance with the steps shown in FIGS. 7A to 7D, an example in which a patterned substrate having a substantially regular fine irregular shape on the entire surface is formed by utilizing spherical microdomains formed by the polymer copolymer. Indicates.

まず、図7(A)に示すように、表面に溝32を有する基板30を作製した。ここで溝32の幅(L)は200nm、深さ(d)は40nm、隣接する溝の間隔(t)は300nmとし、各溝は平行になるように基板表面に配置した。溝の加工には以下の方法を用いた。すなわち、シリコン基板上に厚さ40nmのSiO2 薄膜をプラズマCVDにより積層し、その後に定法のフォトリソプロセスを用いドライエッチングによりSiO2 薄膜をエッチングすることにより溝を加工した。 First, as shown in FIG. 7A, a substrate 30 having grooves 32 on the surface was produced. Here, the width (L) of the groove 32 was 200 nm, the depth (d) was 40 nm, the interval (t) between adjacent grooves was 300 nm, and the grooves were arranged on the substrate surface so as to be parallel. The following method was used for processing the groove. That is, a SiO 2 thin film having a thickness of 40 nm was laminated on a silicon substrate by plasma CVD, and then the groove was processed by etching the SiO 2 thin film by dry etching using a regular photolithography process.

次に、得られた基板30を濃硫酸と過酸化水素水の3:1混合溶液(ピラニア溶液)に60℃で10分間浸漬することにより表面を十分に洗浄した。   Next, the obtained substrate 30 was immersed in a 3: 1 mixed solution (piranha solution) of concentrated sulfuric acid and hydrogen peroxide water at 60 ° C. for 10 minutes to sufficiently clean the surface.

上記方法で得られた基板30の表面にブロック共重合体溶液をスピンコートすることにより高分子ブロック共重合体の薄膜70を基板表面に製膜した(図7(B))。高分子共重合体溶液にはポリメチルメタクリル酸(PMMA)とポリスチレン(PS)からなるジブロック共重合体(PS−b−PMMA)に、組成を調整する目的でホモPMMAをブレンドし、トルエンに溶解したサンプルを用いた。溶液の濃度は1.0 重量%とした。ここで
PS−b−PMMAを構成するPSの数平均分子量Mnは10,000 、PMMAのMnは33,000であり、ホモPMMAのMnは11,500であった。また、PSからなる球状ミクロドメインがPMMAからなる連続相中に配列したミクロ相分離構造を形成させるために、高分子ブロック共重合体薄膜70中においてPS相の体積分率が20%になるようにPS−b−PMMAとホモPMMAの混合量を調整した。スピンコートは回転数
3500rpm で基板を回転し、その中心部にブロック共重合体溶液を滴下し、30秒間回転する方法で実施した。なお、高分子ブロック共重合体薄膜70中にはPMMA−b−
PSとホモPSがブレンドされた状態で存在するが、以後、簡便に高分子ブロック共重合体薄膜と称する。
A block copolymer solution was spin-coated on the surface of the substrate 30 obtained by the above method to form a polymer block copolymer thin film 70 on the substrate surface (FIG. 7B). The polymer copolymer solution is blended with diblock copolymer (PS-b-PMMA) composed of polymethylmethacrylic acid (PMMA) and polystyrene (PS) with homo-PMMA for the purpose of adjusting the composition, and then with toluene. A dissolved sample was used. The concentration of the solution was 1.0% by weight. Here, the number average molecular weight Mn of PS constituting PS-b-PMMA was 10,000, the Mn of PMMA was 33,000, and the Mn of homo-PMMA was 11,500. Further, in order to form a microphase separation structure in which spherical microdomains made of PS are arranged in a continuous phase made of PMMA, the volume fraction of the PS phase becomes 20% in the polymer block copolymer thin film 70. The mixing amount of PS-b-PMMA and homo PMMA was adjusted. Spin coating was carried out by rotating the substrate at a rotational speed of 3500 rpm, dropping the block copolymer solution at the center, and rotating for 30 seconds. In the polymer block copolymer thin film 70, PMMA-b-
Although PS and homo-PS are present in a blended state, they are simply referred to as a polymer block copolymer thin film hereinafter.

得られた高分子ブロック共重合体薄膜70の表面を原子間力顕微鏡で観察したところ、その表面は均一であり、基板30の凸凹形状に由来する形状は認められなかった。すなわち、溝32を含めて基板表面全面が均一に高分子ブロック共重合体により被覆されていることが判明した。基板の凸部31表面における高分子ブロック共重合体薄膜70の厚みを、高分子ブロック共重合体薄膜70を鋭利な刃で一部剥離し原子間力顕微鏡で高分子ブロック共重合体薄膜70が存在する部分と剥離した部分の段差を測定することにより評価した。その結果、高分子ブロック共重合体薄膜70の凸部31の表面からの厚みは40nmであった。   When the surface of the obtained polymer block copolymer thin film 70 was observed with an atomic force microscope, the surface was uniform and a shape derived from the uneven shape of the substrate 30 was not recognized. That is, it was found that the entire surface of the substrate including the grooves 32 was uniformly coated with the polymer block copolymer. The thickness of the polymer block copolymer thin film 70 on the surface of the convex portion 31 of the substrate is partially peeled off with a sharp blade, and the polymer block copolymer thin film 70 is removed by an atomic force microscope. It evaluated by measuring the level | step difference of the existing part and the part which peeled. As a result, the thickness from the surface of the convex part 31 of the polymer block copolymer thin film 70 was 40 nm.

次に、高分子ブロック共重合体薄膜70を製膜した基板30を窒素雰囲気下、230℃で4時間アニールすることにより高分子ブロック共重合体薄膜70中にミクロ相分離構造を発現させた(図7(C))。ここで、得られたミクロ相分離構造は、球状のPSミクロドメイン71が、PMMAの連続相72中に存在したものである。   Next, the substrate 30 on which the polymer block copolymer thin film 70 was formed was annealed at 230 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere to develop a microphase separation structure in the polymer block copolymer thin film 70 ( FIG. 7 (C)). Here, the obtained microphase separation structure is such that spherical PS microdomains 71 are present in the continuous phase 72 of PMMA.

次に、得られた基板の表面を酸素RIEによりエッチングし、PMMA相を除去した。ここで酸素のガス圧力は1Pa、エッチング時間は60秒であった。得られた基板表面を原子間力顕微鏡により観察した結果を模式的に図9(A)に示す。基板の表面にはPMMA相が分解された後に、PSミクロドメイン71に由来する微細凸形状73が配列した状態が観察された。ここで、微細凸形状73は基板全面に六方最密充填構造をとり三画格子を形成しほぼ欠陥なく略規則的に配列した状態が観察された。また、観察範囲内においてグレイン構造やグレイン間の界面等は観察されなかった。さらに、溝32に由来する形状は認められなかった。なお、微細凸形状73の直径は25nmであり微細凸形状73の中心間の距離は40nmであった。   Next, the surface of the obtained substrate was etched by oxygen RIE to remove the PMMA phase. Here, the gas pressure of oxygen was 1 Pa, and the etching time was 60 seconds. The result of observing the obtained substrate surface with an atomic force microscope is schematically shown in FIG. After the PMMA phase was decomposed on the surface of the substrate, it was observed that fine convex shapes 73 derived from PS microdomains 71 were arranged. Here, it was observed that the fine convex shapes 73 had a hexagonal close-packed structure on the entire surface of the substrate, formed a three-part lattice, and were arranged almost regularly with almost no defects. Moreover, the grain structure and the interface between grains were not observed within the observation range. Furthermore, the shape derived from the groove | channel 32 was not recognized. The diameter of the fine convex shape 73 was 25 nm, and the distance between the centers of the fine convex shapes 73 was 40 nm.

次に、全面が平滑な表面を有する基板を用いて、上記プロセスと同様な工程で表面に微細凸形状73を作製した。ここで、用いた基板は、シリコン基板上に厚さ40nmの
SiO2 薄膜をプラズマCVDにより全面に積層することにより作成した。基板の凹凸加工は施さずに、図7(B)〜(D)の工程を経て得られた基板表面を原子間力顕微鏡により観察した結果を模式的に図9(B)に示す。微視的には微細凸形状73が六方最密充填構造をとり三画格子形成した状態が観察されたが、巨視的にみれば三画格子の配列方向が異なるグレイン状の領域が多数集まったポリグレイン構造となっていることが判明した。また、各グレイン内部においても、微細凸形状73が欠如した点欠陥や、配列が一部乱れた線欠陥が多数認められた。
Next, by using a substrate having a smooth surface on the entire surface, a fine convex shape 73 was formed on the surface in the same process as the above process. Here, the substrate used was prepared by laminating a 40 nm thick SiO 2 thin film on the entire surface by plasma CVD on a silicon substrate. FIG. 9B schematically shows the result of observing the substrate surface obtained through the steps of FIGS. 7B to 7D with an atomic force microscope without performing uneven processing of the substrate. Microscopically, it was observed that the fine convex shape 73 had a hexagonal close-packed structure and a three-grid was formed. However, when viewed macroscopically, a large number of grain-like regions with different arrangement directions of the three-grid gathered. It was found to have a polygrain structure. In addition, a large number of point defects lacking the fine convex shape 73 and line defects in which the arrangement was partially disturbed were also recognized inside each grain.

高分子ブロック共重合体溶液を以下に説明するものに変えた以外は実施例1に記載の工程に従い実験を行った。   Experiments were performed according to the steps described in Example 1 except that the polymer block copolymer solution was changed to that described below.

高分子共重合体溶液には、PSの数平均分子量Mnが35,500 、PMMAのMnが12,200 である、PS−b−PMMAに、組成を調整する目的でホモPSをブレンドし、トルエンに溶解したサンプルを用いた。ここで、PMMAからなる球状ミクロドメインがPSからなる連続相中に配列したミクロ相分離構造を形成するために、PS−b−
PMMAとホモPSは高分子ブロック共重合体薄膜70中においてPMMA相の体積分率が20%になるように調整した。
In the polymer copolymer solution, PS-b-PMMA, whose number average molecular weight Mn of PS is 35,500 and Mn of PMMA is 12,200, is blended with homo-PS for the purpose of adjusting the composition, and toluene. The sample dissolved in was used. Here, in order to form a microphase separation structure in which spherical microdomains composed of PMMA are arranged in a continuous phase composed of PS, PS-b-
PMMA and homoPS were adjusted so that the volume fraction of the PMMA phase in the polymer block copolymer thin film 70 was 20%.

実施例1と同様に図7(A)〜(D)に図示した工程を経て、得られた基板の表面の表面を原子間力顕微鏡により観察した。その結果、基板30の表面にはPMMA相が分解されてできた微細なポアが、基板全面に六方最密充填構造をとり三画格子を形成して、ほぼ欠陥なく略規則的に配列した状態が観察された。また、観察範囲内においてグレインやグレイン間の界面等は観察されなかった。さらに、溝32に由来する形状は認められなかった。なお、微細ポアの直径は25nmであり微細ポアの中心間の距離は40nmであった。   The surface of the surface of the obtained substrate was observed with an atomic force microscope through the steps illustrated in FIGS. 7A to 7D in the same manner as in Example 1. As a result, fine pores formed by decomposing the PMMA phase on the surface of the substrate 30 have a hexagonal close-packed structure on the entire surface of the substrate, forming a three-dimensional lattice, and are arranged almost regularly with almost no defects. Was observed. In addition, no grains or grain interfaces were observed within the observation range. Furthermore, the shape derived from the groove | channel 32 was not recognized. The diameter of the fine pore was 25 nm, and the distance between the centers of the fine pores was 40 nm.

溝32の深さ(d)を変化させた一連の実験の結果を説明する。本実験では溝の深さ
(d)を表1に記載した値にした以外は実施例1と同一の材料,工程,条件を用いた。本実験には実施例1と同一の高分子ブロック共重合体溶液を用いたため、高分子ブロック共重合体薄膜中に発現したミクロ相分離構造はPSからなる直径25nmの球状ドメインがドメイン中心間の距離、すなわち球状ミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離aを
40nmとしてPMMAからなる連続相中に分散したものとなった。
A result of a series of experiments in which the depth (d) of the groove 32 is changed will be described. In this experiment, the groove depth
The same materials, processes and conditions as in Example 1 were used except that (d) was changed to the values described in Table 1. Since the same polymer block copolymer solution as in Example 1 was used in this experiment, the microphase-separated structure expressed in the polymer block copolymer thin film is a spherical domain of 25 nm in diameter composed of PS between the domain centers. The distance, that is, the distance a between the closest microdomains of the spherical microdomains was 40 nm and dispersed in the continuous phase composed of PMMA.

表1に結果を示す。溝の深さ(d)が球状ミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離aの0.5 倍以上,1.5 倍以下の条件においては、図7(D)の工程において酸素
RIEによりPMMA相をエッチングした後に原子間力顕微鏡により観察した結果、基板表面には微細凸形状73が配列した状態が観察された。ここで、微細凸形状73は基板全面に六方構造をとって、ほぼ欠陥なく略規則的に配列した状態が観察された。また、観察範囲内においてグレインやグレイン間の界面等は観察されなかった。さらに、溝32に由来する形状は認められなかった。
Table 1 shows the results. Under the condition that the groove depth (d) is not less than 0.5 times and not more than 1.5 times the distance a between the nearest microdomains of the spherical microdomain, the PMMA phase is formed by oxygen RIE in the process of FIG. As a result of observation with an atomic force microscope after etching, a state in which fine convex shapes 73 were arranged on the substrate surface was observed. Here, it was observed that the fine convex shapes 73 had a hexagonal structure on the entire surface of the substrate and were arranged almost regularly with almost no defects. In addition, no grains or grain interfaces were observed within the observation range. Furthermore, the shape derived from the groove | channel 32 was not recognized.

それに対して、溝の深さ(d)が球状ミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離aの0.5 倍より小さい場合は、図7(C)の工程において高分子ブロック共重合体薄膜を形成しミクロ相分離構造を発現させた状態でその表面を原子間力顕微鏡で観察したところ、その表面は平滑ではなく、溝32の上部表面がその周辺部31の上部表面に比べて隆起した状態となった。一方、溝の深さ(d)を球状ミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離aの1.5 倍より大きくした場合には、溝32の上部表面部分がその周辺部31の上部表面に比べて陥没した状態となった。   On the other hand, when the groove depth (d) is smaller than 0.5 times the distance a between the closest microdomains of the spherical microdomain, a polymer block copolymer thin film is formed in the process of FIG. When the surface was observed with an atomic force microscope in a state where the microphase separation structure was developed, the surface was not smooth, and the upper surface of the groove 32 was raised compared to the upper surface of the peripheral portion 31. became. On the other hand, when the depth (d) of the groove is larger than 1.5 times the distance a between the nearest microdomains of the spherical microdomain, the upper surface portion of the groove 32 is larger than the upper surface of the peripheral portion 31. It became depressed.

次に、これらのサンプルを、図7(D)の工程において酸素RIEによりPMMA相をエッチングした後に原子間力顕微鏡により観察したところ、図9(C)に図示するように、溝32表面では微細凸形状73が六方最密充填し三角格子をとって配列した状態を示したが、溝周辺部分31表面では、微細凸形状73の配列方向が異なる多数のグレインからなり、また欠陥を多数有する構造となった。   Next, these samples were observed with an atomic force microscope after etching the PMMA phase by oxygen RIE in the step of FIG. 7D. As a result, as shown in FIG. Although the convex shape 73 is in a hexagonal close-packed state and arranged in a triangular lattice, the surface of the groove peripheral portion 31 is composed of a large number of grains having different arrangement directions of the fine convex shape 73 and has a large number of defects. It became.

以上の結果より、基板全体に欠陥・グレイン・粒界なく高分子ブロック共重合体を用いたパターニングを行うためには、溝32の深さは高分子ブロック共重合体を構成するミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離をaとした場合、0.5a以上1.5a以下であることが望ましいことが判明した。   From the above results, in order to perform patterning using the polymer block copolymer without defects, grains, and grain boundaries on the entire substrate, the depth of the groove 32 is the latest of the microdomains constituting the polymer block copolymer. It was found that when the distance between the contact microdomains is a, the distance is preferably 0.5a or more and 1.5a or less.

Figure 0004665720
Figure 0004665720

溝32の幅(L)を変化させた一連の実験の結果を説明する。本実験には溝の幅(L)を表2に示す値とした以外は実施例1と同一の材料,工程,条件を用いた。本実験には実施例1と同一の高分子ブロック共重合体溶液を用いたため、高分子ブロック共重合体薄膜中に発現したミクロ相分離構造はPSからなる直径25nmの球状ドメインがドメイン中心間の距離、すなわち球状ミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離aを40nmとしてPMMAからなる連続相中に分散したものとなった。   A result of a series of experiments in which the width (L) of the groove 32 is changed will be described. In this experiment, the same materials, processes, and conditions as in Example 1 were used except that the groove width (L) was set to the values shown in Table 2. Since the same polymer block copolymer solution as in Example 1 was used in this experiment, the microphase-separated structure expressed in the polymer block copolymer thin film is a spherical domain of 25 nm in diameter composed of PS between the domain centers. The distance, that is, the distance a between the closest microdomains of the spherical microdomains was 40 nm and dispersed in the continuous phase composed of PMMA.

表2に結果を示す。溝の幅(L)が球状ミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離aの1.0 倍以上である基板を用いた場合、図7(D)の工程において酸素RIEによりPMMA相をエッチングした後に原子間力顕微鏡により観察した結果、基板表面全面に
PSの球状ミクロドメイン71に由来する微細凸形状73が配列した状態が観察された。ここで、微細凸形状73は基板全面に六方最密重点構造をとって三角格子を形成し、ほぼ欠陥なく略規則的に配列した状態が観察された。また、観察範囲内においてグレインやグレイン間の界面等は観察されなかった。さらに、溝32に由来する形状は認められなかった。
Table 2 shows the results. When a substrate having a groove width (L) of at least 1.0 times the distance a between the closest microdomains of the spherical microdomains is used, atoms are etched after the PMMA phase is etched by oxygen RIE in the step of FIG. As a result of observation with an atomic force microscope, a state in which fine convex shapes 73 derived from the spherical microdomains 71 of PS were arranged on the entire surface of the substrate was observed. Here, it was observed that the fine convex shapes 73 had a hexagonal close-packed structure on the entire surface of the substrate to form a triangular lattice and were arranged almost regularly with almost no defects. In addition, no grains or grain interfaces were observed within the observation range. Furthermore, the shape derived from the groove | channel 32 was not recognized.

それに対して、溝の幅(L)が球状ミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離aの1.0 倍より小さい基板を用いた場合は、図7(D)の工程において酸素RIEにより
PMMA相をエッチングした後の状態を原子間力顕微鏡により観察したところ、基板表面全体が微細凸形状73の配列方向が異なる多数のグレインからなる構造となった。
In contrast, when a substrate having a groove width (L) smaller than 1.0 times the distance a between the closest microdomains of the spherical microdomains is used, the PMMA phase is formed by oxygen RIE in the process of FIG. When the state after etching was observed with an atomic force microscope, the entire surface of the substrate became a structure composed of a large number of grains having different arrangement directions of the fine convex shapes 73.

以上の結果より、基板全体に欠陥・グレイン・粒界なく高分子ブロック共重合体を用いたパターニングを行うためには、溝32の幅(L)は高分子ブロック共重合体を構成するミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離をaとした場合、1.0a 以上であることが必要と判明した。   From the above results, in order to perform patterning using the polymer block copolymer without defects, grains, and grain boundaries on the entire substrate, the width (L) of the groove 32 is the microdomain constituting the polymer block copolymer. When the distance between the nearest microdomains is a, it has been found necessary to be 1.0a or more.

Figure 0004665720
Figure 0004665720

基板30が有する溝と溝の間隔(t)、すなわち図7(A)における基板凸部31の幅を変化させた一連の実験の結果を説明する。本実験では間隔(t)を表3に記載した値とした以外は実施例1と同一の材料,工程,条件を用いた。本実験には実施例1と同一の高分子ブロック共重合体溶液を用いたため、高分子ブロック共重合体薄膜中に発現したミクロ相分離構造はPSからなる直径25nmの球状ドメインがドメイン中心間の距離、すなわち球状ミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離aを40nmとしてPMMAからなる連続相中に分散したものとなった。   The results of a series of experiments in which the substrate 30 has a groove-to-groove interval (t), that is, the width of the substrate protrusion 31 in FIG. In this experiment, the same materials, processes, and conditions as in Example 1 were used except that the interval (t) was set to the value described in Table 3. Since the same polymer block copolymer solution as in Example 1 was used in this experiment, the microphase-separated structure expressed in the polymer block copolymer thin film is a spherical domain of 25 nm in diameter composed of PS between the domain centers. The distance, that is, the distance a between the closest microdomains of the spherical microdomains was 40 nm and dispersed in the continuous phase composed of PMMA.

表3に結果を示す。間隔(t)が間隔(t)が球状ミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離aの50.0 倍以下である基板を用いた場合、図7(D)の工程において酸素RIEによりPMMA相をエッチングした後に原子間力顕微鏡により観察した結果、基板表面全面にPSの球状ミクロドメイン71に由来する微細凸形状73が配列した状態が観察された。ここで、微細凸形状73は基板全面に六方構造をとって、ほぼ欠陥なく略規則的に配列した状態が観察された。また、観察範囲内においてグレインやグレイン間の界面等は観察されなかった。さらに、基板30表面に加工した溝32に由来する形状は認められなかった。   Table 3 shows the results. When a substrate having an interval (t) of 50.0 times or less of the distance a between nearest microdomains of spherical microdomains is used as the interval (t), the PMMA phase is etched by oxygen RIE in the process of FIG. Then, as a result of observation with an atomic force microscope, it was observed that fine convex shapes 73 derived from the spherical microdomains 71 of PS were arranged on the entire surface of the substrate. Here, it was observed that the fine convex shapes 73 had a hexagonal structure on the entire surface of the substrate and were arranged almost regularly with almost no defects. In addition, no grains or grain interfaces were observed within the observation range. Furthermore, the shape derived from the groove | channel 32 processed into the board | substrate 30 surface was not recognized.

それに対して、間隔(t)が球状ミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離aの
50.0 倍より大きい基板を用いた場合は、図7(D)の工程において酸素RIEによりPMMA相をエッチングした後の状態を原子間力顕微鏡により観察したところ、図9(C)に模式的に示した像が得られた。溝32の表面部分では球状ミクロドメインが六方最密充填構造をとって三角格子を形成し配列した状態を示したが、溝と溝の間の部分、すなわち基板表面の凸部31表面部分では微細凸形状73の配列方向が異なる多数のグレインからなり、また欠陥を多数有する構造となった。
On the other hand, when a substrate having a distance (t) larger than 50.0 times the distance a between the closest microdomains of the spherical microdomains was used, the PMMA phase was etched by oxygen RIE in the step of FIG. When the subsequent state was observed with an atomic force microscope, an image schematically shown in FIG. 9C was obtained. In the surface portion of the groove 32, spherical microdomains have a hexagonal close-packed structure to form a triangular lattice and are arranged, but the portion between the grooves, that is, the surface portion of the convex portion 31 on the substrate surface is fine. The convex shape 73 is composed of many grains having different arrangement directions, and has a structure having many defects.

以上の結果より、基板全体に欠陥・グレイン・粒界なく高分子ブロック共重合体を用いたパターニングを行うためには、溝32の間隔(t)は高分子ブロック共重合体を構成するミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離をaとした場合、50.0a 以下であることが必要と判明した。   From the above results, in order to perform patterning using the polymer block copolymer without defects, grains, and grain boundaries on the entire substrate, the interval (t) between the grooves 32 is a microdomain constituting the polymer block copolymer. When the distance between the nearest microdomains is a, it was found that it was necessary to be 50.0a or less.

Figure 0004665720
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次に、実施例1と同一の基板および工程を用いて、基板表面に塗布する高分子ブロック共重合体薄膜70の厚みを変化させた一連の実験の結果を表4にまとめた。高分子ブロック共重合体薄膜70の厚みは、高分子ブロック共重合体溶液の濃度およびスピンコートの際の回転数を変化させることにより制御した。本実験には実施例1と同様に、PMMA−b−PSとホモPSを、PS相の体積分率が20%になるように調整したサンプルを用いたため、高分子ブロック共重合体薄膜中に発現したミクロ相分離構造はPSからなる直径25nmの球状ドメインがドメイン中心間の距離、すなわち球状ミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離aを40nmとしてPMMAからなる連続相中に分散したものとなった。   Next, Table 4 summarizes the results of a series of experiments in which the thickness of the polymer block copolymer thin film 70 applied to the substrate surface was changed using the same substrate and process as in Example 1. The thickness of the polymer block copolymer thin film 70 was controlled by changing the concentration of the polymer block copolymer solution and the number of rotations during spin coating. In this experiment, as in Example 1, a sample in which PMMA-b-PS and homoPS were adjusted so that the volume fraction of the PS phase was 20% was used. The developed microphase separation structure is a spherical domain of 25 nm diameter made of PS dispersed in a continuous phase of PMMA with the distance between the domain centers, that is, the distance a between the nearest microdomains of the spherical microdomain being 40 nm. .

高分子ブロック共重合体薄膜70の厚みが、基板の凸部31表面において球状ミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離aの0.5倍以上,1.5倍以下の場合、図7(C)の工程においてミクロ相分離構造を発現させた状態において、高分子ブロック共重合体薄膜70の表面を原子間力顕微鏡で観察したところ、その表面は平滑で、基板の凸部31および凹部32の表面を均一に被覆できていることが判明した。次に、これらのサンプルの表面を、図7(D)の工程においてRIEでエッチングした後に原子間力顕微鏡により観察したところ、基板表面全面に、PSからなる球状ミクロドメイン71に由来する微細凸形状73が配列した状態が観察された。ここで、微細凸形状73は基板全面に六方構造をとって、ほぼ欠陥なく略規則的に配列した状態が観察された。また、観察範囲内においてグレインやグレイン間の海面等は観察されなかった。さらに、基板30表面に加工した溝32に由来する形状は認められなかった。なお、球状ドメインの直径は25nmでありドメイン中心間の距離、すなわち球状ミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離aは
40nmであった。
When the thickness of the polymer block copolymer thin film 70 is not less than 0.5 times and not more than 1.5 times the distance a between the closest microdomains of the spherical microdomains on the surface of the convex portion 31 of the substrate, FIG. When the surface of the polymer block copolymer thin film 70 was observed with an atomic force microscope in the state in which the microphase separation structure was expressed in the step, the surface was smooth and the surfaces of the convex portions 31 and the concave portions 32 of the substrate. It was found that the film was uniformly coated. Next, when the surfaces of these samples were etched with RIE in the step of FIG. 7D and observed with an atomic force microscope, the fine convex shape derived from the spherical microdomain 71 made of PS was found on the entire surface of the substrate. The state where 73 was arranged was observed. Here, it was observed that the fine convex shapes 73 had a hexagonal structure on the entire surface of the substrate and were arranged almost regularly with almost no defects. Moreover, the grain and the sea surface between grains were not observed within the observation range. Furthermore, the shape derived from the groove | channel 32 processed into the board | substrate 30 surface was not recognized. The diameter of the spherical domain was 25 nm, and the distance between the domain centers, that is, the distance a between the closest microdomains of the spherical microdomain was 40 nm.

次に、高分子ブロック共重合体薄膜70の厚みが、基板の凸部31表面において、球状ミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離aの0.5倍 より小さい条件で実施した実験の結果を説明する。この条件においては、図7(C)の工程において、高分子ブロック共重合体薄膜70を製膜した基板を窒素雰囲気下、230℃で4時間アニールした後に高分子ブロック共重合体薄膜70表面を原子間力顕微鏡で観察したところ、高分子ブロック共重合体薄膜70の厚みに不均一性が生じていることが確認された。すなわち、高分子ブロック共重合体薄膜70が基板30の表面全面を均一に被覆するのではなく、基板30の表面が露出している円形状の領域が多数認められた。このサンプルを用いて、図7(D)の工程においてRIEでエッチングした後に原子間力顕微鏡により観察したところ、微細凸形状73は円形状の領域には存在しないことが判明した。   Next, the results of an experiment conducted under the condition that the thickness of the polymer block copolymer thin film 70 is smaller than 0.5 times the distance a between the closest microdomains of the spherical microdomains on the surface of the convex portion 31 of the substrate will be described. To do. Under these conditions, in the step of FIG. 7C, the substrate on which the polymer block copolymer thin film 70 was formed was annealed at 230 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere, and then the surface of the polymer block copolymer thin film 70 was coated. When observed with an atomic force microscope, it was confirmed that the thickness of the polymer block copolymer thin film 70 was uneven. That is, the polymer block copolymer thin film 70 did not uniformly cover the entire surface of the substrate 30, but a large number of circular regions where the surface of the substrate 30 was exposed were observed. When this sample was used to observe with an atomic force microscope after etching by RIE in the step of FIG. 7D, it was found that the fine convex shape 73 does not exist in the circular region.

次に、高分子ブロック共重合体薄膜70の厚みが、基板の凸部31表面において、球状ミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離aの1.5 倍より大きい条件で実施した実験の結果を説明する。この条件においても、図7(C)の工程において、高分子ブロック共重合体薄膜70を製膜した基板を窒素雰囲気下、230℃で4時間アニールした後に高分子ブロック共重合体薄膜70表面を原子間力顕微鏡で観察したところ、高分子ブロック共重合体薄膜70の厚みに不均一性が生じていることが確認された。すなわち、高分子ブロック共重合体薄膜70が基板30の表面全面を均一に被覆しているのではなく、高分子ブロック共重合体薄膜70表面に円形状の厚みが厚い領域が多数認められた。このサンプルを用いて、図7(D)の工程においてRIEでエッチングした後に原子間力顕微鏡により観察したところ、円形状の領域外では微細凸形状73が規則的に配列しているが、円形状の領域内では、球状ドメインが2層以上堆積した状態にあることが判明した。   Next, the results of an experiment conducted under the condition that the thickness of the polymer block copolymer thin film 70 is larger than 1.5 times the distance a between the closest microdomains of the spherical microdomains on the surface of the convex portion 31 of the substrate will be described. To do. Even under this condition, in the step of FIG. 7C, after the substrate on which the polymer block copolymer thin film 70 was formed was annealed at 230 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere, the surface of the polymer block copolymer thin film 70 was When observed with an atomic force microscope, it was confirmed that the thickness of the polymer block copolymer thin film 70 was uneven. That is, the polymer block copolymer thin film 70 did not uniformly cover the entire surface of the substrate 30, but many circular thick regions were observed on the surface of the polymer block copolymer thin film 70. When this sample was used to observe with an atomic force microscope after etching by RIE in the step of FIG. 7D, the fine convex shapes 73 were regularly arranged outside the circular region. In the region of (2), it was found that two or more spherical domains were deposited.

以上より、基板表面全面に微細凸形状73をほぼ欠陥なく略規則的に配列するためには、高分子ブロック共重合体薄膜70の厚みが、基板の凸部表面において、球状ミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離aの0.5倍以上,1.5倍以下にする必要があることが判明した。   From the above, in order to arrange the fine convex shapes 73 almost regularly on the entire surface of the substrate with almost no defects, the thickness of the polymer block copolymer thin film 70 is set so that the surface of the convex portion of the substrate is closest to the spherical microdomain. It was found that the distance a between microdomains must be 0.5 times or more and 1.5 times or less.

Figure 0004665720
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実施例1と同等な工程を用い、基板表面全体にPSからなるシリンダー状のミクロドメインがPMMAの連続相中に、基板の表面に平行に配列した構造からなるミクロ相分離構造を形成し、PMMA相をRIEにより分解することによりパターン基板を作製した。   Using a process equivalent to that in Example 1, a microphase separation structure having a structure in which cylindrical microdomains made of PS are arranged in parallel to the surface of the substrate in the continuous phase of PMMA is formed on the entire substrate surface, and PMMA is formed. A pattern substrate was prepared by decomposing the phase by RIE.

基板には、平滑な表面に深さ(d)40nm、幅(L)200nmの溝を間隔(t)を300nmとして100列、各溝が平行になるよう配置したものを用いた。   The substrate used was a smooth surface with grooves having a depth (d) of 40 nm and a width (L) of 200 nm, with an interval (t) of 300 nm and 100 rows arranged in parallel with each other.

高分子共重合体溶液には、ポリメチルメタクリル酸(PMMA)とポリスチレン(PS)からなるジブロック共重合体(PMMA−b−PS)に、ミクロドメインがシリンダー状になるように組成を調整する目的でホモPMMAをブレンドし、トルエンに溶解したサンプルを用いた。溶液の濃度は1.0重量%とした。ここでPMMA−b−PSを構成するPMMAの数平均分子量Mnは12,200、PSのMnは35,500であり、ホモの
PMMAのMnは11,500 であった。ミクロ相分離構造を構成するドメインを球状とするため、PMMA−b−PSとホモPMMAは高分子ブロック共重合体薄膜70中の
PMMAの体積分率が30%になるように調整した。
The composition of the polymer copolymer solution is adjusted to a diblock copolymer (PMMA-b-PS) composed of polymethylmethacrylic acid (PMMA) and polystyrene (PS) so that the microdomains are cylindrical. For the purpose, a sample in which homo PMMA was blended and dissolved in toluene was used. The concentration of the solution was 1.0% by weight. Here, the number average molecular weight Mn of PMMA constituting PMMA-b-PS was 12,200, the Mn of PS was 35,500, and the Mn of homo PMMA was 11,500. In order to make the domain constituting the microphase separation structure spherical, PMMA-b-PS and homo PMMA were adjusted so that the volume fraction of PMMA in the polymer block copolymer thin film 70 was 30%.

得られた基板の表面に厚さ約5ÅのPtを蒸着し、走査型電子顕微鏡で表面構造を観察したところ、基板表面全面に幅25nm直線状の構造が直線の中心間距離を45nmとして平行にほぼ欠陥なく形成されていることが判明した。   Pt having a thickness of about 5 mm was deposited on the surface of the obtained substrate, and the surface structure was observed with a scanning electron microscope. As a result, a linear structure with a width of 25 nm was formed on the entire surface of the substrate in parallel with a distance between the centers of the straight lines of 45 nm. It was found that the film was formed with almost no defects.

実施例1記載の方法で基板の表面に作製したPSからなる微細凸形状73をマスクとして、基板をドライエッチングにより加工した事例を、図10を用いて説明する。   An example of processing the substrate by dry etching using the fine convex shape 73 made of PS produced on the surface of the substrate by the method described in Example 1 as a mask will be described with reference to FIG.

まず、シリコン基板90上に厚さ40nmのSiO2 薄膜91をプラズマCVDにより積層し、その後に定法のフォトリソプロセスを用いドライエッチングにより、溝92を加工することにより、表面に複数の溝92を有する基板93を作製した。ここで、溝92の幅は200nm、深さは40nm、隣接する溝の間隔は300nmとし、各溝は平行になるように基板表面に配置した。 First, a SiO 2 thin film 91 having a thickness of 40 nm is stacked on a silicon substrate 90 by plasma CVD, and then a plurality of grooves 92 are formed on the surface by processing the grooves 92 by dry etching using a regular photolithography process. A substrate 93 was produced. Here, the width of the groove 92 is 200 nm, the depth is 40 nm, the interval between adjacent grooves is 300 nm, and the grooves are arranged on the substrate surface so as to be parallel to each other.

次に、実施例1記載の方法に従い、図10(B)〜図10(D)に図示した工程を経て、基板の表面全面に微細凸形状73を略規則的に配列させた(図10(D))。本実験には実施例1と同一の高分子ブロック共重合体溶液を用いたため、図10(C)に示す工程において、高分子ブロック共重合体薄膜中に発現したミクロ相分離構造はPSからなる直径25nmの球状ミクロドメイン71がドメイン中心間の距離、すなわち球状ミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離aを40nmとしてPMMAからなる連続相72中に分散したものとなった。また、図10(D)に示す工程において、基板表面を原子間力顕微鏡で観察したところ、基板表面全面に、微細凸形状73が配列した状態が観察された。ここで、微細凸形状73は基板全面に六方最密重点構造をとって三角格子を構成した状態でほぼ欠陥なく略規則的に配列した状態が観察された。また、観察範囲内においてグレインやグレイン間の海面等は観察されなかった。さらに、溝92に由来する形状は認められなかった。なお、微細凸形状73の直径は25nmであり、微細凸形状73の中心間の距離は40nmであった。   Next, according to the method described in Example 1, through the steps illustrated in FIGS. 10B to 10D, the fine convex shapes 73 are substantially regularly arranged on the entire surface of the substrate (FIG. 10 ( D)). Since the same polymer block copolymer solution as in Example 1 was used in this experiment, the microphase separation structure developed in the polymer block copolymer thin film in the step shown in FIG. The spherical microdomains 71 having a diameter of 25 nm were dispersed in the continuous phase 72 made of PMMA with the distance between the domain centers, that is, the distance a between the closest microdomains of the spherical microdomains being 40 nm. In the step shown in FIG. 10D, when the substrate surface was observed with an atomic force microscope, a state in which the fine convex shapes 73 were arranged on the entire surface of the substrate was observed. Here, it was observed that the fine convex shapes 73 were arranged almost regularly with almost no defects in a state where a hexagonal close-packed structure was formed on the entire surface of the substrate to form a triangular lattice. Moreover, the grain and the sea surface between grains were not observed within the observation range. Further, the shape derived from the groove 92 was not recognized. The diameter of the fine convex shape 73 was 25 nm, and the distance between the centers of the fine convex shapes 73 was 40 nm.

次に、微細凸形状73をマスクとして、基板93表面のSiO2 薄膜91をC26ガスによるRIE法によりドライエッチングした。エッチング条件は出力150W,ガス圧1Pa、エッチング時間は60秒とした。SiO2 層のエッチングの後、基板表面に残存しているブロック共重合体を酸素プラズマ(30W,1Pa,120秒)処理により除去し、図7(E)に示したシリコン基板表面にSiO2 からなる円柱の構造体94を形成した。ここで、得られた基板を、表面に厚さ約5ÅのPtを蒸着することにより走査型電子顕微鏡で観察したところ、SiO2 からなる円柱の構造体94はその直径が25nmであり、それらが最近接中心間距離を40nmとして六法最密重点構造をとり三角格子を形成してほぼ規則的に配列している状態が観察された。また、基板を収束イオンビームにより加工し、走査型電子顕微鏡を用いて、基板の断面構造を観察したところ、SiO2 からなる円柱の構造体94の高さは40nmで均一であることが判明した。 Next, using the fine convex shape 73 as a mask, the SiO 2 thin film 91 on the surface of the substrate 93 was dry etched by RIE using C 2 F 6 gas. The etching conditions were an output of 150 W, a gas pressure of 1 Pa, and an etching time of 60 seconds. After etching of the SiO 2 layer, oxygen plasma block copolymer remaining on the substrate surface (30 W, 1 Pa, 120 seconds) by treatment, of SiO 2 on the silicon substrate surface as shown in FIG. 7 (E) A cylindrical structure 94 was formed. Here, when the obtained substrate was observed with a scanning electron microscope by depositing Pt having a thickness of about 5 mm on the surface, the cylindrical structure body 94 made of SiO 2 had a diameter of 25 nm. It was observed that the distance between the nearest centers was 40 nm, a hexagonal close-packed-weight structure was formed, and a triangular lattice was formed and arranged almost regularly. Further, when the substrate was processed with a focused ion beam and the cross-sectional structure of the substrate was observed using a scanning electron microscope, the height of the cylindrical structure 94 made of SiO 2 was found to be uniform at 40 nm. .

図8を用いて実施例1記載の方法で作製した、微細凸形状が略規則的に表面全面に配列した基板74(以下パターン基板と称する)の表面構造を反転転写したレプリカ構造を有するニッケル膜をめっき手法により作製する方法を説明する。まず、図8(A)〜図8
(D)に示す工程に従い、実施例1と同一の高分子ブロック共重合体溶液、同一の基板
30および同一の工程により表面全体にPSの球状ミクロドメイン71に由来する微細凸形状73が配列したパターン基板74を作製した。
A nickel film having a replica structure produced by the method described in Example 1 with reference to FIG. 8 and having the surface structure of a substrate 74 (hereinafter referred to as a pattern substrate) in which fine convex shapes are substantially regularly arranged on the entire surface transferred in reverse. A method for producing the film by a plating method will be described. First, FIG. 8A to FIG.
According to the process shown in (D), the same polymer block copolymer solution as in Example 1, the same substrate 30, and the fine convex shapes 73 derived from the spherical microdomains 71 of PS were arranged on the entire surface. A pattern substrate 74 was produced.

次に、表面全体に微細凸形状73が配列したパターン基板74の表面に無電解ニッケルめっきを施した。さらに、無電解ニッケルめっき層を給電層として電気ニッケルめっきを施し、厚さ20μmのニッケル膜80を基板表面に形成した(図8(E))。   Next, electroless nickel plating was applied to the surface of the pattern substrate 74 in which the fine convex shapes 73 were arranged on the entire surface. Further, electro nickel plating was performed using the electroless nickel plating layer as a power feeding layer, and a nickel film 80 having a thickness of 20 μm was formed on the substrate surface (FIG. 8E).

無電解ニッケルめっきは以下の方法を適用した。まず、パターン基板74表面を無電解めっき用触媒の付与を促進するためのクリーナー溶液(アトテックジャパン製セキュリガント902)に30℃において5分間浸漬した。得られたパターン基板を純水で十分に洗浄し、触媒液の汚染を防止する目的でプレディップ溶液(アトテックジャパン社製ネオガントB)に室温で1分間浸漬した。しかる後にパターン基板74を触媒溶液(アトテックジャパン社製ネオガント834)液に40℃において5分間浸漬した。ここで用いた触媒はパラジウム錯体分子が溶液中に溶解したタイプである。触媒付与後、パターン基板74を純水に浸漬することにより洗浄し、アトテックジャパン社製ネオガントW液を用いて付与したパラジウムを核として活性化した。最後に、得られたパターン基板を純水で洗浄することにより、無電解めっき析出用の触媒層を有するパターン基板を得た。次に、触媒の付与を行ったパターン基板74を無電解ニッケルめっき液に30秒間浸漬することにより、パターン基板74表面全体にニッケルめっき膜を析出させた。ここで用いた無電解ニッケルめっき液の組成およびめっき条件を表5に示す。なお、めっき液のpHはアンモニア水溶液を用いて調整した。   The following method was applied to the electroless nickel plating. First, the surface of the pattern substrate 74 was immersed in a cleaner solution (Atotech Japan Securigant 902) for promoting the application of the electroless plating catalyst at 30 ° C. for 5 minutes. The obtained pattern substrate was sufficiently washed with pure water and immersed in a pre-dip solution (Neogant B manufactured by Atotech Japan) for 1 minute at room temperature for the purpose of preventing contamination of the catalyst solution. Thereafter, the pattern substrate 74 was immersed in a catalyst solution (Neogant 834 manufactured by Atotech Japan) at 40 ° C. for 5 minutes. The catalyst used here is a type in which a palladium complex molecule is dissolved in a solution. After applying the catalyst, the pattern substrate 74 was washed by immersing it in pure water, and activated by using palladium provided using a Neogant W solution manufactured by Atotech Japan as a nucleus. Finally, the obtained pattern substrate was washed with pure water to obtain a pattern substrate having a catalyst layer for electroless plating deposition. Next, the nickel plating film was deposited on the entire surface of the pattern substrate 74 by immersing the patterned substrate 74 to which the catalyst had been applied in an electroless nickel plating solution for 30 seconds. Table 5 shows the composition and plating conditions of the electroless nickel plating solution used here. The pH of the plating solution was adjusted using an aqueous ammonia solution.

Figure 0004665720
電気ニッケルめっきは以下に示す手順により実施した。すなわち、無電解ニッケルめっきによりパターン基板74表面全体を被覆するように析出させたニッケルめっき膜の周辺部から導電テープによりリードを取り、ニッケル板を対極として、日本化学産業社製のスルファミン酸Niめっき液を用いて電気ニッケルめっきを施した。めっき液の組成およびめっき条件を表6に示す。
Figure 0004665720
Electro-nickel plating was performed according to the following procedure. That is, a lead is taken with a conductive tape from the periphery of the nickel plating film deposited so as to cover the entire surface of the pattern substrate 74 by electroless nickel plating, and a nickel plate is used as a counter electrode, and Nilphurumic acid Ni plating manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd. Electronickel plating was performed using the solution. Table 6 shows the composition of the plating solution and the plating conditions.

Figure 0004665720
最後に、上記方法で得られたニッケル膜80を、パターン基板74から剥離することにより微細なポアを有するニッケル膜81を得た(図8(F))。得られたニッケル膜81の表面構造を操作型電子顕微鏡で観察したところ、直径25nmの微細なポアが、ポア中心間の際近接距離を40nmとして、ニッケル膜表面全面に、欠陥・グレイン・粒界なくほぼ規則的な状態で六方方向に配列した状態で存在することが明らかとなった。
Figure 0004665720
Finally, the nickel film 80 obtained by the above method was peeled from the pattern substrate 74 to obtain a nickel film 81 having fine pores (FIG. 8F). When the surface structure of the obtained nickel film 81 was observed with an operation electron microscope, a fine pore having a diameter of 25 nm had a close proximity distance of 40 nm between the pore centers, and the entire surface of the nickel film had defects, grains, and grain boundaries. It became clear that it existed in an almost regular state and arranged in the hexagonal direction.

本実施例では、実施例9に開示した方法と同等な工程により作成した、表面に略規則的な微細凸凹形状を有するニッケル膜をナノインプリント法のスタンパとして用いた例を説明する。   In this example, an example will be described in which a nickel film having a substantially regular fine unevenness on the surface, which is produced by a process equivalent to the method disclosed in Example 9, is used as a stamper for the nanoimprint method.

まず、図11(A)に試作したニッケルスタンパ1001の模式図を示す。ニッケルスタンパ1001の外寸は4インチφ、厚みは25マイクロメートルであった。スタンパ
1001の中心部2.5cm 四方の領域1002には直径25nm,深さ40nmの微細ポア1003が六方状にほぼ規則的に配列している。中心部2.5cm 四方の領域1002の拡大図を図11(B)に示す。なお、ニッケルスタンパ1001は、実施例8と同等の手法により作成した。
First, FIG. 11A shows a schematic diagram of a nickel stamper 1001 manufactured as a prototype. The nickel stamper 1001 had an outer size of 4 inches φ and a thickness of 25 micrometers. Fine pores 1003 having a diameter of 25 nm and a depth of 40 nm are arranged almost regularly in a hexagonal shape in a 2.5 cm square region 1002 of the stamper 1001. FIG. 11B shows an enlarged view of a region 1002 having a central 2.5 cm square. The nickel stamper 1001 was created by the same method as in Example 8.

図12にナノインプリント装置の模式図を示す。図12(A)はスタンパ1001の表面に剥離層を形成するための装置である。図12(B)は基板にスタンパ1001表面の微細ポア構造を転写するための装置である。   FIG. 12 shows a schematic diagram of the nanoimprint apparatus. FIG. 12A shows an apparatus for forming a release layer on the surface of the stamper 1001. FIG. 12B shows an apparatus for transferring the fine pore structure on the surface of the stamper 1001 to the substrate.

ここで、プロセス手順を説明する。まず、図12(A)を用いてスタンパ1001の表面に、樹脂成形時に、離型を容易にするために剥離剤をコートする過程を説明する。表面が平滑なガラス基板1114にシリコーン(ポリジメチルシロキサン)系剥離剤1113をスピンコートし200ナノメートル厚みに塗布した。この剥離剤付き基板をステージ
1108上に置き、真空チャックで固定した。さらにこの上にスタンパ1001と緩衝材1112(5インチφ厚さ3mm)とを配した。加圧機構1110を用いて2MPaの圧力でプレスすることによりスタンプ表面1101に剥離剤層を形成した。緩衝材1112はガラス基板1114のうねりにスタンパを沿わせるために用いたものである。次に、圧力を解放し、ステージを下降させることにより表面が剥離剤でコートされたスタンパ1001を得た。
Here, the process procedure will be described. First, a process of coating a release agent on the surface of the stamper 1001 to facilitate release during resin molding will be described with reference to FIG. A glass substrate 1114 having a smooth surface was spin-coated with a silicone (polydimethylsiloxane) release agent 1113 and applied to a thickness of 200 nanometers. This substrate with a release agent was placed on the stage 1108 and fixed with a vacuum chuck. Further thereon, a stamper 1001 and a buffer material 1112 (5 inches φ thickness 3 mm) were arranged. A release agent layer was formed on the stamp surface 1101 by pressing with a pressure mechanism 1110 at a pressure of 2 MPa. The buffer material 1112 is used to align the stamper with the undulation of the glass substrate 1114. Next, the pressure was released and the stage was lowered to obtain a stamper 1001 whose surface was coated with a release agent.

次に、剥離剤をコートしたスタンパ1001を用いた樹脂の成形プロセスを図12(b)を用いて説明する。まず、シリコン基板1121(4インチφ厚さ0.5mm )にポリスチレン樹脂1122(ポリスチレン679,エイアンドエム製)を厚さ600nmになるようにスピンコートした。剥離剤でコートされたスタンパ1101を位置決めして組み合わせた後、ステージ1118上にセットした。図12(B)の微細構造転写装置は図12
(A)の剥離材形成装置と異なり、真空チャンバ1117を有し、ステージ1118は加熱機構を備えている。これを、0.1Torr 以下に減圧し、250℃に加熱した上で、12MPaで10分間保持して加圧した。次に、100℃以下になるまで放冷後、大気解放を行った。室温にてスタンパ裏面に剥離治具を接着固定し、0.1mm/s で鉛直方向に引き上げたところ、ポリスチレン樹脂表面にスタンパ表面の形状が転写された。
Next, a resin molding process using the stamper 1001 coated with a release agent will be described with reference to FIG. First, a silicon substrate 1121 (4 inch φ thickness 0.5 mm) was spin-coated with polystyrene resin 1122 (polystyrene 679, manufactured by A & M) to a thickness of 600 nm. The stamper 1101 coated with a release agent was positioned and combined, and then set on the stage 1118. The fine structure transfer apparatus shown in FIG.
Unlike the release material forming apparatus of (A), it has a vacuum chamber 1117, and the stage 1118 has a heating mechanism. This was depressurized to 0.1 Torr or less, heated to 250 ° C., held at 12 MPa for 10 minutes, and pressurized. Next, after cooling to 100 ° C. or lower, the atmosphere was released. When a peeling jig was bonded and fixed to the back surface of the stamper at room temperature and pulled up vertically at 0.1 mm / s, the shape of the stamper surface was transferred to the polystyrene resin surface.

次に、同一の剥離剤でコートされたスタンパ1101を用いて上記樹脂成形プロセスを100回繰り返し、スタンパ表面の形状が転写された樹脂成形体を100個得た。得られた樹脂成型体の中心部表面を原子間力顕微鏡で観察したところ、すべてのポリスチレン樹脂成型体について、柱状の突起が六方構造をとって、ほぼ欠陥なく略規則的に配列した状態が観察された。なお、柱状の突起物の直径は25nmであり、柱状の突起物中心間の距離40nmであった。以上から、スタンパの表面形状をポリスチレン樹脂表面に正確に転写することができたことを確認した。   Next, the above resin molding process was repeated 100 times using a stamper 1101 coated with the same release agent to obtain 100 resin molded bodies to which the shape of the stamper surface was transferred. When the center surface of the obtained resin molding was observed with an atomic force microscope, it was observed that all the polystyrene resin moldings had columnar protrusions that had a hexagonal structure and were arranged almost regularly with almost no defects. It was done. The diameter of the columnar protrusions was 25 nm, and the distance between the columnar protrusion centers was 40 nm. From the above, it was confirmed that the surface shape of the stamper could be accurately transferred to the polystyrene resin surface.

本発明を用いて、磁気記録用パターン媒体を作成した方法を説明する。本方法は、パターン媒体のパターンの原版を高分子ブロック共重合体の自己組織化により作成する工程と、原版のニッケルめっきレプリカをめっきにより作成する工程と、ニッケルめっきレプリカをスタンパとしてパターン媒体となるガラス基板表面にマスクを成型する工程と、得られたマスクを用いてガラス基板表面に磁性膜を製膜する工程からなる。   A method for producing a magnetic recording pattern medium using the present invention will be described. In this method, a pattern medium pattern master is prepared by self-assembly of a polymer block copolymer, a nickel plating replica of the master is prepared by plating, and a nickel plating replica serves as a pattern medium. It consists of a step of forming a mask on the surface of the glass substrate and a step of forming a magnetic film on the surface of the glass substrate using the obtained mask.

まず、パターン媒体を構成するパターンの原版を高分子ブロック共重合体の自己組織化により作成する工程を説明する。   First, a process of creating a pattern original constituting a pattern medium by self-assembly of a polymer block copolymer will be described.

2.5 インチのシリコン基板の表面に厚さ30nmのSiO2 層をCVD法により製膜した。次に、定法のフォトリソグラフィープロセスを適用することによりSiO2 層をエッチングすることにより、基板表面に深さ30nm,幅200nmの同心円状の溝を1000nm間隔で形成した。 A SiO 2 layer having a thickness of 30 nm was formed on the surface of a 2.5-inch silicon substrate by a CVD method. Next, the SiO 2 layer was etched by applying a regular photolithography process to form concentric grooves with a depth of 30 nm and a width of 200 nm on the substrate surface at intervals of 1000 nm.

次に、実施例1に記載の工程に従い、PSからなる微小凸形状物が規則的に配列した基板を作成した。この際、高分子ブロック共重合体にはPSとPMMAからなるジブロック共重合体PS−b−PMMAを用いた。PS−b−PMMAを構成するPSブロックと
PMMAブロックの数平均分子量Mnはそれぞれ、7,000と25,000であった。得られた基板表面を原子間力顕微鏡により観察した結果、微視的には基板表面に直径20
nm,高さ25nmのPSからなる微小な凸形状物が最近接中心間距離30nmで六法最密充填構造をとり三角格子を形成して、ほぼ欠陥なく規則的に配列している状況が観察された。また、原子間力顕微鏡観察の倍率を下げて巨視的な観察を行ったところ、PSからなる微小な凸形状物が形成している規則構造は、基板の中心を中心とする同心円状にほぼ欠陥なく配列していることが判明した。
Next, according to the process described in Example 1, a substrate in which minute convex objects made of PS were regularly arranged was prepared. At this time, a diblock copolymer PS-b-PMMA composed of PS and PMMA was used as the polymer block copolymer. The number average molecular weights Mn of the PS block and PMMA block constituting PS-b-PMMA were 7,000 and 25,000, respectively. As a result of observing the obtained substrate surface with an atomic force microscope, microscopically, the substrate surface had a diameter of 20
It is observed that minute convex objects made of PS with a thickness of 25 nm and a height of 25 nm have a hexagonal close-packed structure with a distance of 30 nm between the closest centers, form a triangular lattice, and are regularly arranged almost without defects. It was. In addition, when macroscopic observation was performed by reducing the magnification of atomic force microscope observation, the regular structure formed by minute convex objects made of PS was almost defective in a concentric shape centered on the center of the substrate. It turned out that there was no arrangement.

次に、実施例8に記載した方法に従い、PSからなる微小凸形状物が規則的に配列した基板表面にニッケルめっきを施し、その表面構造を反転転写したレプリカ形状を有する厚さ25μmニッケル膜からなるナノインプリント用スタンパを作成した。得られたスタンパの表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、ニッケル膜表面に直径20nmの微小なポアが規則的に形成できていることが確認できた。   Next, according to the method described in Example 8, the surface of the substrate on which fine convex shapes made of PS are regularly arranged is plated with nickel, and the surface structure is reversed and transferred. From a nickel film having a thickness of 25 μm having a replica shape. The following nanoimprint stamper was created. When the surface of the obtained stamper was observed with a scanning electron microscope, it was confirmed that minute pores having a diameter of 20 nm were regularly formed on the surface of the nickel film.

直径が2.5インチで中心に直径0.5 インチの穴が開いたドーナッツ状のガラス基板の表面に、厚さが約30nmのPd下地層と厚さが約30nmのCoCrPt層を製膜することにより磁性層を作成した。次に磁性層の表面に厚さ10nmのPS層をスピンコート法により製膜した。ここで用いたPSの分子量Mnは5,000 であった。磁性層表面のPS薄膜を、上記方法で得たスタンパを用いて実施例10記載の方法と同等な手法によりナノインプリント加工した。得られた磁性層表面のPS薄膜を原子間力顕微鏡で観察したところ、PS薄膜に直径20nmの微小な凸状形状物が規則的に形成できていることが確認できた。ここで、微小な凸状形状物の形状およびその配置はスタンパ表面の微小なポアの形状をおよび配置が反転転写されたものであった。また、微小な凸状形状物の断面を詳細に原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、微小凸状形状物の高さは20nmであった。   A Pd underlayer having a thickness of about 30 nm and a CoCrPt layer having a thickness of about 30 nm are formed on the surface of a donut-like glass substrate having a diameter of 2.5 inches and a hole having a diameter of 0.5 inches in the center. Thus, a magnetic layer was prepared. Next, a PS layer having a thickness of 10 nm was formed on the surface of the magnetic layer by spin coating. The molecular weight Mn of PS used here was 5,000. The PS thin film on the surface of the magnetic layer was nanoimprinted by the same method as described in Example 10 using the stamper obtained by the above method. When the PS thin film on the surface of the obtained magnetic layer was observed with an atomic force microscope, it was confirmed that minute convex shapes having a diameter of 20 nm were regularly formed on the PS thin film. Here, the shape and arrangement of the minute convex-shaped object were obtained by reversing and transferring the shape and arrangement of the minute pores on the stamper surface. Moreover, when the cross section of the minute convex shape object was measured in detail using an atomic force microscope, the height of the minute convex shape object was 20 nm.

次に、磁性層表面に作成したPSからなる微小凸状形状物をマスクとして磁性層表面の磁性層をArイオンミリングによりエッチングした。この過程で、PS薄膜はすべて消失した。得られたガラス基板の表面を原子間力顕微鏡により詳細に観察したところ、その表面には、微視的には基板表面に直径20nm,高さ15nmの微小な凸状の磁性層が、最近接中心間距離30nmで六法最密充填構造をとり三角格子を形成して、ほぼ欠陥なく規則的に配列している状況が観察された。また、原子間力顕微鏡観察の倍率を下げて巨視的な観察を行ったところ、微小な凸状の磁性層が形成している規則構造は、基板の中心を中心とする同心円状にほぼ欠陥なく配列していることが判明した。   Next, the magnetic layer on the surface of the magnetic layer was etched by Ar ion milling using a fine convex shape made of PS formed on the surface of the magnetic layer as a mask. In this process, all the PS thin film disappeared. When the surface of the obtained glass substrate was observed in detail by an atomic force microscope, a microscopic convex magnetic layer having a diameter of 20 nm and a height of 15 nm was microscopically formed on the surface. It was observed that a hexagonal close-packed structure was formed at a center-to-center distance of 30 nm, a triangular lattice was formed, and the layers were regularly arranged with almost no defects. In addition, when the macroscopic observation was performed with the atomic force microscope observation reduced, the regular structure formed by the minute convex magnetic layer was almost free from defects in a concentric shape centered on the center of the substrate. It was found to be arranged.

最後に、得られた基板表面全面に厚さ30nmのSiO2 層を製膜し、得られた表面をCMP法により研磨し平坦化した。その後、得られた基板表面全面にカーボン層をCVD法により製膜して保護膜を形成し磁気記録用パターン基板を得た。 Finally, an SiO 2 layer having a thickness of 30 nm was formed on the entire surface of the obtained substrate, and the obtained surface was polished and planarized by a CMP method. Thereafter, a carbon layer was formed on the entire surface of the obtained substrate by a CVD method to form a protective film to obtain a magnetic recording pattern substrate.

基板表面の凹形状内部のみに略規則的ミクロ相分離構造を形成させた従来技術によるパターン基板の断面および表面の模式図。The cross section of the pattern board | substrate by the prior art which formed the substantially regular micro phase-separation structure only inside the concave shape of the board | substrate surface, and the surface schematic diagram. 従来技術により略規則的ミクロ相分離構造を用いて基板を加工する工程を示した模式図。The schematic diagram which showed the process of processing a board | substrate using a substantially regular micro phase-separation structure by a prior art. 球状のミクロドメインからなる略規則的ミクロ相分離構造を有する本発明のパターン基板の断面および表面の模式図。FIG. 2 is a schematic view of a cross section and a surface of a pattern substrate of the present invention having a substantially regular microphase separation structure composed of spherical microdomains. シリンダー状のミクロドメインが基板表面に垂直方向に配列した略規則的ミクロ相分離構造を有する本発明のパターン基板の断面および表面の模式図。FIG. 2 is a schematic view of a cross section and a surface of a pattern substrate of the present invention having a substantially regular microphase separation structure in which cylindrical microdomains are arranged in a direction perpendicular to the substrate surface. シリンダー状のミクロドメインが基板表面に平行方向に配列した略規則的ミクロ相分離構造を有する本発明のパターン基板の断面および表面の模式図。FIG. 3 is a schematic view of a cross section and a surface of a pattern substrate of the present invention having a substantially regular microphase separation structure in which cylindrical microdomains are arranged in parallel to the substrate surface. ラメラ状のミクロドメインが基板表面に垂直方向に配列した略規則的ミクロ相分離構造を有する本発明のパターン基板の断面および表面の模式図。FIG. 2 is a schematic view of a cross section and a surface of a pattern substrate of the present invention having a substantially regular microphase separation structure in which lamellar microdomains are arranged in a direction perpendicular to the substrate surface. パターン基板の製造方法の工程を示した模式図。The schematic diagram which showed the process of the manufacturing method of a pattern board | substrate. パターン基板の製造方法の工程を示した模式図。The schematic diagram which showed the process of the manufacturing method of a pattern board | substrate. パターン基板表面の原子間力顕微鏡により観察した模式図。The schematic diagram observed with the atomic force microscope of the pattern substrate surface. パターン基板の製造方法の工程を示した模式図。The schematic diagram which showed the process of the manufacturing method of a pattern board | substrate. スタンパの模式図。Schematic diagram of the stamper. ナノインプリント装置。Nanoimprint device.

符号の説明Explanation of symbols

10,30…基板、11,92…溝、12…高分子ブロック共重合体薄膜中のミクロ相分離構造の連続相、13…高分子ブロック共重合体薄膜中のミクロ相分離構造の球状ミクロドメイン、14,21…溝周辺部分、20…微細で略規則的な凸凹、31…基板表面の凸部、または溝周辺部分、32…基板表面の凹部、または溝、33…高分子ブロック共重合体薄膜中のミクロ相分離構造の連続相、34…高分子ブロック共重合体薄膜中のミクロ相分離構造の球状ミクロドメイン、35…球状ミクロドメイン間の最近接ミクロドメイン間距離a、41…高分子ブロック共重合体薄膜中のミクロ相分離構造の連続相、42…高分子ブロック共重合体薄膜中のミクロ相分離構造のシリンダー状ミクロドメイン、43…シリンダー状ミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離a、61…高分子ブロック共重合体薄膜中のミクロ相分離構造のラメラ状ミクロドメインA、62…高分子ブロック共重合体薄膜中のミクロ相分離構造のラメラ状ミクロドメインB、63…ラメラ状ミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離a、70…高分子ブロック共重合体薄膜、71…球状ミクロドメイン、72…連続相、73…微細凸形状、74…微細凸形状が略規則的に表面全面に配列した基板、80…金属,無機物質またはその他の材質からなる薄膜、81…微細凸凹または微細孔を有する薄膜、またはニッケル膜、90,1121…シリコン基板、91…SiO2薄膜、93…表面に溝を有する基板、94…SiO2からなる円柱の構造体、1001…ニッケルスタンパ、1002…ポアを有する領域の一部分を拡大した図、
1003…微細ポア、1106,1115…フレーム、1107…ヘッド、1108,
1118…ステージ、1109,1119…支持体、1110,1123…加圧機構、
1112…緩衝材、1113…剥離剤、1114…ガラス基板、1117…真空チャンバ、1120…剥離層、1122…ポリスチレン樹脂。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,30 ... Substrate, 11,92 ... Groove, 12 ... Continuous phase of microphase separation structure in polymer block copolymer thin film, 13 ... Spherical microdomain of microphase separation structure in polymer block copolymer thin film , 14, 21 ... groove peripheral part, 20 ... fine and substantially regular unevenness, 31 ... convex part on the substrate surface, or groove peripheral part, 32 ... concave part or groove on the substrate surface, 33 ... polymer block copolymer Continuous phase of microphase separation structure in thin film, 34 ... spherical microdomain of microphase separation structure in polymer block copolymer thin film, 35 ... distance between closest microdomains a between spherical microdomains, 41 ... polymer Continuous phase of microphase separation structure in block copolymer thin film, 42 ... Cylindrical microdomain of microphase separation structure in polymer block copolymer thin film, 43 ... of cylindrical microdomain Distance between adjacent microdomains a, 61... Lamellar microdomain A of microphase separation structure in polymer block copolymer thin film, 62... Lamellar microdomain B of microphase separation structure in polymer block copolymer thin film 63 ... Distance between nearest microdomains of lamellar microdomains a, 70 ... polymer block copolymer thin film, 71 ... spherical microdomain, 72 ... continuous phase, 73 ... fine convex shape, 74 ... fine convex shape is approximately A substrate regularly arranged on the entire surface, 80 ... a thin film made of a metal, an inorganic substance or other material, 81 ... a thin film having fine irregularities or fine holes, or a nickel film, 90, 1121 ... a silicon substrate, 91 ... SiO 2 a thin film, a substrate having a groove 93 ... surface, 94 ... structure of a cylinder made of SiO 2, 1001 ... nickel stamper, 1002 ... pore Enlarged view of a portion of the band,
1003 ... Fine pores, 1106, 1115 ... Frame, 1107 ... Head, 1108,
1118 ... Stage, 1109, 1119 ... Support, 1110, 1123 ... Pressure mechanism,
1112: Buffer material, 1113 ... Release agent, 1114 ... Glass substrate, 1117 ... Vacuum chamber, 1120 ... Release layer, 1122 ... Polystyrene resin.

Claims (18)

ミクロ相分離構造を有する高分子ブロック共重合体の薄膜をベース基板の表面に有するパターン基板において、
前記ベース基板表面に凸凹形状を有し、該凹形状部分の深さが前記ミクロ相分離構造を構成するミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離aに対して、0.5a以上1.5a以下であり、前記高分子ブロック共重合体の薄膜が前記ベース基板の凹形状部分及び凸形状部分の表面に形成され
前記最近接ミクロドメイン間距離aに対して、前記高分子ブロック共重合体の薄膜の凸形状部分表面からの厚みが0.5a以上1.5a以下であることを特徴とするパターン基板。
In a patterned substrate having a thin film of a polymer block copolymer having a microphase separation structure on the surface of a base substrate,
The surface of the base substrate has an uneven shape, and the depth of the recessed portion is 0.5a or more and 1.5a or less with respect to the closest inter-microdomain distance a of the microdomains constituting the microphase separation structure. A thin film of the polymer block copolymer is formed on the surface of the concave portion and the convex portion of the base substrate ;
A patterned substrate having a thickness from the surface of the convex portion of the thin film of the polymer block copolymer of 0.5a to 1.5a with respect to the distance a between the nearest microdomains .
請求項1に記載のパターン基板において、
前記最近接ミクロドメイン間距離aが10ナノメートル以上200ナノメートル以下であることを特徴とするパターン基板。
The pattern substrate according to claim 1,
The pattern substrate, wherein the distance a between the nearest microdomains is not less than 10 nanometers and not more than 200 nanometers.
請求項1に記載のパターン基板において、
前記ミクロ相分離構造を構成するミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離をaとした場合、
基板表面の凸形状部分の幅が1.0a以上50.0a以下であり、凹形状部分の幅が1.0a以上25.0a以下であることを特徴とするパターン基板。
The pattern substrate according to claim 1,
When the distance between the closest microdomains of the microdomains constituting the microphase separation structure is a,
A pattern substrate, wherein the width of the convex portion on the surface of the substrate is 1.0a or more and 50.0a or less, and the width of the concave portion is 1.0a or more and 25.0a or less.
請求項1に記載のパターン基板において、
前記ミクロ相分離構造が球状あるいはシリンダー状のミクロドメインからなることを特徴とするパターン基板。
The pattern substrate according to claim 1,
A patterned substrate, wherein the microphase separation structure is composed of spherical or cylindrical microdomains.
請求項1に記載のパターン基板において、前記高分子ブロック共重合体がポリスチレンとポリメチルメタクリレートからなるジブロック共重合体であることを特徴とするパターン基板。   2. The pattern substrate according to claim 1, wherein the polymer block copolymer is a diblock copolymer composed of polystyrene and polymethylmethacrylate. ミクロ相分離構造を有する高分子ブロック共重合体の薄膜をベース基板の表面に有するパターン基板において、
前記ベース基板の表面に凹凸形状を有し、前記高分子ブロック共重合体の薄膜が、前記凹形状部分の溝内に形成され、連続相中にミクロドメインが一列配列した層と、凸形状部分の表面に形成され、連続相中にミクロドメインが一列配列した層の2層構造であることを特徴とするパターン基板。
In a patterned substrate having a thin film of a polymer block copolymer having a microphase separation structure on the surface of a base substrate,
A surface having a concavo-convex shape on the surface of the base substrate, a thin film of the polymer block copolymer is formed in the groove of the concave portion, and a layer in which microdomains are arranged in a row in a continuous phase; and a convex portion A pattern substrate having a two-layer structure in which microdomains are arranged in a row in a continuous phase.
請求項に記載のパターン基板において、
前記ミクロ相分離構造を構成するミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離をaとした場合、
基板表面の凸形状部分の幅が1.0a以上50.0a以下であり、凹形状部分の幅が1.0a以上25.0a以下であることを特徴とするパターン基板。
The pattern substrate according to claim 6 ,
When the distance between the closest microdomains of the microdomains constituting the microphase separation structure is a,
A pattern substrate, wherein the width of the convex portion on the surface of the substrate is 1.0a or more and 50.0a or less, and the width of the concave portion is 1.0a or more and 25.0a or less.
請求項に記載のパターン基板において、
前記ミクロ相分離構造を構成するミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離をaとした場合、
凹形状部分の深さが0.5a以上1.5a以下であり、前記高分子ブロック共重合体の薄膜の凸形状部分表面からの厚みが0.5a以上1.5a以下であることを特徴とするパターン基板。
The pattern substrate according to claim 6 ,
When the distance between the closest microdomains of the microdomains constituting the microphase separation structure is a,
The depth of the concave portion is 0.5a or more and 1.5a or less, and the thickness from the surface of the convex portion of the thin film of the polymer block copolymer is 0.5a or more and 1.5a or less. Pattern substrate to be used.
請求項に記載のパターン基板において、前記高分子ブロック共重合体がポリスチレンとポリメチルメタクリレートからなるジブロック共重合体であることを特徴とするパターン基板。 The pattern substrate according to claim 6 , wherein the polymer block copolymer is a diblock copolymer composed of polystyrene and polymethylmethacrylate. 基板の表面の一部に凹形状を形成する工程と、
前記凹形状内部を充填し、かつ基板表面を被覆するように高分子ブロック共重合体薄膜を形成する工程と、
前記高分子ブロック共重合体薄膜中にミクロ相分離構造を形成する工程と、を有し、
前記ミクロ相分離構造を構成するミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離をaとした場合、
前記高分子ブロック共重合体薄膜の前記基板の表面からの厚みが0.5a以上1.5a以下であることを特徴とするパターン基板の製造方法。
Forming a concave shape on a part of the surface of the substrate;
Forming a polymer block copolymer thin film so as to fill the concave shape and coat the substrate surface;
Have a, and forming a microphase separation structure in the block copolymer thin film,
When the distance between the closest microdomains of the microdomains constituting the microphase separation structure is a,
A thickness of the polymer block copolymer thin film from the surface of the substrate is 0.5a or more and 1.5a or less .
請求項10に記載のパターン基板の製造方法において、前記ミクロ相分離構造から1つの高分子相を選択的に除去する工程を有することを特徴とするパターン基板の製造方法。 The method for producing a patterned substrate according to claim 10 , further comprising a step of selectively removing one polymer phase from the microphase separation structure. 請求項11に記載のパターン基板の製造方法において、前記ミクロ相分離構造から1つの高分子相を選択的に除去した後、残存した他の高分子相をマスクとして基板を加工することにより前記ミクロ相分離構造を基板表面に転写する工程を有することを特徴とするパターン基板の製造方法。 12. The method for manufacturing a patterned substrate according to claim 11 , wherein one polymer phase is selectively removed from the microphase separation structure, and then the substrate is processed using the remaining other polymer phase as a mask. A method for producing a patterned substrate, comprising a step of transferring a phase separation structure to a substrate surface. 請求項11に記載のパターン基板の製造方法において、前記ミクロ相分離構造から1つの高分子相を選択的に除去した後、残存した他の高分子相に非転写体を密着させて前記ミクロ相分離構造を被転写体に転写する工程を有することを特徴とするパターン基板の製造方法。 12. The method for producing a patterned substrate according to claim 11 , wherein after one polymer phase is selectively removed from the microphase separation structure, a non-transfer body is brought into close contact with the remaining other polymer phase. A method for producing a patterned substrate, comprising a step of transferring a separation structure to a transfer target. 請求項10に記載のパターン基板の製造方法において、
前記ミクロ相分離構造を構成するミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離aが10ナノメートル以上200ナノメートル以下であることを特徴とするパターン基板の製造方法。
In the manufacturing method of the pattern board | substrate of Claim 10 ,
A method for producing a patterned substrate, wherein a distance a between closest microdomains of microdomains constituting the microphase separation structure is 10 nanometers or more and 200 nanometers or less.
請求項10に記載のパターン基板の製造方法において、
前記ミクロ相分離構造を構成するミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離をaとした場合、
基板表面の凹形状部分の幅が1.0a以上25.0a以下であり、隣接する凹形状部分の間隔が1.0a以上50.0a以下であることを特徴とするパターン基板の製造方法。
In the manufacturing method of the pattern board | substrate of Claim 10 ,
When the distance between the closest microdomains of the microdomains constituting the microphase separation structure is a,
A pattern substrate manufacturing method, wherein the width of the concave portion on the surface of the substrate is 1.0a or more and 25.0a or less, and the interval between adjacent concave portions is 1.0a or more and 50.0a or less.
請求項10に記載のパターン基板の製造方法において、
前記ミクロ相分離構造を構成するミクロドメインの最近接ミクロドメイン間距離をaとした場合、
凹部分の深さが0.5a以上1.5a以下であることを特徴とするパターン基板の製造方法。
In the manufacturing method of the pattern board | substrate of Claim 10 ,
When the distance between the closest microdomains of the microdomains constituting the microphase separation structure is a,
A method for producing a patterned substrate, wherein the depth of the concave portion is 0.5a or more and 1.5a or less.
請求項10に記載のパターン基板の製造方法を含む工程を用いて製造した微細金型。 The fine metal mold | die manufactured using the process including the manufacturing method of the pattern board | substrate of Claim 10 . 請求項10に記載のパターン基板の製造方法を含む工程を用いて製造した磁気記録用パターン媒体。 A patterned medium for magnetic recording manufactured using a process including the method for manufacturing a patterned substrate according to claim 10 .
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