JP4909219B2

JP4909219B2 - 微細構造作製方法

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Publication number: JP4909219B2
Application number: JP2007242758A
Authority: JP
Inventors: 篤横尾
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2007-09-19
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2027-09-19
Also published as: JP2009072980A

Description

本発明は、微細構造作製方法に係り、特に、フォトニック結晶や量子ドッドのような磁性粒子の数百ｎｍ〜数十ｎｍの微細パタンを作製するために、微細パタンのテンプレートを作製すると共に、そのテンプレートを用いて対象物表面に微細パタンを複製するための微細構造作製方法に関する。

フォトニック結晶や量子ドットに代表されるように、微細構造に起因する特異な性質を利用するデバイスの検討が盛んに行われている。このようなデバイスの作製に当たっては、数百ｎｍ〜数十ｎｍのパタンサイズを有する微細パタンの形成が必要となる。現在、このような微細パタンの形成には、電子ビーム（ＥＢ）リソグラフィを用いる必要がある。しかしながら、ＥＢリソグラフィの作製スループットは大量生産に十分なものとは言いがたい。

近年、このような目的にナノインプリント技術を適用することが提案されている。この方法は、凹凸構造を表面に有するモールドを対象物に押し付けることにより、モールド表面の凹凸構造を対象物表面に転写するものである。モールドの作製に当たっては、電子ビームリソグラフィとエッチングなど、従来の微細構造作製プロセスを用いるが、一旦モールドが作製できれば、繰り返し微細パタンを対象物表面に複製することが可能となる。

図５は、従来のナノインプリント技術による微細構造の作製方法を示す。

まず、モールド材料となる基板４０１の上にレジスト４０２を塗布し、電子ビーム露光と現像プロセスにより、レジストパタン４０３を形成する（図５（Ａ））。金属４０４を形成されたレジストパタン４０３に蒸着し（図５（Ｂ））、その後にリフトオフを行うことにより金属マスクパタン４０５が形成される（図６（Ｃ））。この金属マスクパタンを使ってエッチング（図５（Ｄ））、金属除去することにより凹凸パタン４０６を有するモールド４０７を作製することができる（図５（Ｅ））。

次に、このモールド４０７を対象基板４０８上のレジスト４０９にプレスした後（図５（Ｆ））、分離することによりレジスト表面に凹凸パタン４１０を形成する（図５（Ｇ））。ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)による残膜除去の後（図５（Ｈ））、金属４１１を蒸着（図５（Ｉ））、リフトオフ（図５（Ｊ））、エッチング（図５（Ｋ））、金属除去（図５（Ｌ））というプロセスを経て、対象基板上に微細構造４１２を作製することができる（例えば、非特許文献１、２参照）。
S. Y. Chou他、J. Vac. Sci. Technol. B, Vol. 14, No. 6, pp.4129-4133, 1996年 M. Colburn 他、SPIE Vol. 3676, pp. 379-389, 1999年

上記のように、ナノインプリント技術によれば、サブミクロンパタンを簡単に複製することが可能であるが、パタン複製の元となるモールドは、ＥＢリソグラフィとエッチングプロセスを用いて作製する必要がある。このことは、ナノインプリント技術による微細構造作製プロセスにおいては、モールド作製に要するコストが大きな割合を占めることを意味する。また、効率よくパタン転写を行うためには、大面積のモールドを多数準備することが必要となるが、ＥＢリソグラフィのように特殊な装置を必要とするプロセスを用いて大面積のモールドを大量に作製することは、コストや生産可能量からみて現実的ではない。また、ＥＢリソグラフィとエッチングプロセスを行うことのできる施設は限られており、それぞれの目的に応じた微細パタンをタイムリーに供給することは困難である。

そのため、より簡単に微細パタンを提供できる手法が求められている。

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、電子ビームリソグラフィなど高度な微細パタン描画プロセスを用いることなく、微細パタンテンプレートを作製し、そのテンプレートを用いて対象基板表面に微細構造を転写可能な微細構造作製方法を提供することを目的とする。

図１は、本発明の原理を説明するための図である。

本発明（請求項１）は、微細パタンのテンプレートを作製し、該テンプレートを用いて対象物表面に微細パタンを複製するための微細構造作製方法であって、
磁気記録媒体上に磁化パタンを形成する工程（ステップ１）と、
磁性粒子を磁化パタンに従って磁気記録媒体表面に配列する工程（ステップ２）と、
磁性粒子が表面に配列された磁気記録媒体をテンプレートとして別な基板に対して押し付ける工程（ステップ３）と、を少なくとも含む。

また、本発明（請求項２）は、磁性粒子が表面に配列された磁気記録媒体を別な基板に押し付けることにより、該磁気記録媒体の表面に該磁性粒子により形成された凹凸形状が別な基板表面に転写される。

また、本発明（請求項３）は、磁性粒子が表面に配列された磁気記録媒体を別な基板に押し付けることにより、該磁性粒子が別な基板表面に移動する。

また、本発明（請求項４）は、別な基板が、該基板の表面にレジストもしくは金属薄膜を持つ。

また、本発明（請求項５）は、磁性粒子が表面に配列された磁気記録媒体を別な基板に押し付けた後に、該別な基板に対してエッチングを行う。

本発明（請求項６）は、微細パタンのテンプレートを作製し、該テンプレートを用いて対象物表面に微細パタンを複製するための微細構造作製方法であって、
磁気記録媒体上に磁化パタンを形成する工程と、
磁性粒子を磁化パタンに従って磁気記録媒体表面に配列する工程と、
磁性粒子が表面に配列された磁気記録媒体を、該磁性粒子をエッチングマスクとしてエッチングすることにより該磁気記録媒体に凹凸形状を形成する工程と、
表面に凹凸形状が形成された磁気記録媒体を別な基板に対して押し付ける工程と、を
少なくとも含む。

上記のように本発明によれば、磁性記録媒体上に磁性パタンとして記録された微細パタンを、その磁性記録媒体上への磁性粒子の配列による磁性粒子パタンとして現像し、磁性記録媒体表面の磁性粒子配列により生じた凹凸形状を、別な基板表面に転写して基板表面の微細構造を作製する。また、磁性粒子配列を別な基板表面に移動させて基板表面の微細構造を作製する。これにより、高機能な特製を持つ微細デバイスが安価で、かつ、高スループットで作製できる。

以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。

以下の本実施の形態では、磁気記録媒体上に目的の微細パタンに応じて磁化パタンに応じて磁化パタンを形成し、その磁化パタンに沿って磁性粒子を吸着させて、磁気記録媒体表面に凹凸形状を形成することを含む。さらに、凹凸形状が表面に形成された磁気記録媒体をテンプレートとして、別な基板表面に凹凸形状を複製することを含む。さらに、複製された凹凸形状を元に、残膜除去・金属蒸着・リフトオフ・エッチングなどのプロセスを行って基板表面に微細構造を作製することを含む。

また、上記の実施の形態において、磁気記録媒体への磁性粒子の吸着により形成された磁性粒子パタンを別の基板表面に転写させることを含む。さらに、基板表面に転写された磁性粒子パタンをエッチングマスクとして基板の微細加工を行う。

［第１の実施の形態］
図２は、本発明の第１の実施の形態における微細構造作製方法の模式図である。

同図において、磁気記録媒体１０１に磁気記録ヘッドを用いて磁性パタン１０２を形成する（図２（Ａ））。磁気記録媒体１０１上に磁性粒子が溶液中に分散された磁性流体１０３を塗布し（図２（Ｂ））、余分な溶液を除くことにより、磁性パタン１０２に沿って磁性粒子１０４が吸着し、磁性粒子パタン１０５を形成する（図２（Ｃ））。磁気記録媒体表面に磁性粒子１０４により形成された凹凸を、基板１０６に押し付けることにより（図２（Ｄ））、基板１０６上に凹凸パタン１０７が形成される（図２（Ｅ））。

なお、基板１０６上にレジスト１０８を塗布しておき、基板上レジストに凹凸パタン１０９を形成してもよい（図２（Ｇ））。

さらに、対象物に凹凸パタンを形成した後、ナノインプリントリソグラフィで行われているように、残膜除去・金属蒸着・リフトオフ・エッチングなどのプロセスを組み合わせて微細構造を作製してもよい。

［第２の実施の形態］
図３は、本発明の第２の実施の形態における微細構造作製方法の模式図である。

図２と同様に、磁気記録媒体２０１上の磁化パタン２０２に沿って磁性粒子２０４を吸着させて磁性粒子パタン２０５を形成する（図３（Ａ））。磁気記録媒体２０１を基板２０６に押し付けることにより、磁気記録媒体上の磁性粒子パタン２０５が基板２０６に移動し、基板上の磁性粒子パタン２０７となる（図３（Ｂ））。磁性粒子パタン２０７をエッチングマスクとして、基板２０５に磁性粒子２０４を表面に残した微細構造２０８を作製することができる（図３（Ｃ））。さらに、磁性粒子を除去することにより、微細構造２０９とすることができる（図３（Ｄ））。

また、基板２０６表面に磁性粒子パタン２０７を形成した後に（図３（Ｅ））、金属などのエッチングマスク材料や機能性材料２１０を蒸着することにより、磁性粒子パタン２０７の有する逆メサ構造により薄膜の一部が分断された微細構造２１１を形成することができる（図３（Ｆ））。

さらに、磁性粒子を除去するリフトオフプロセスによって、基板２０６表面に前述のエッチングマスク材料や機能材料からなるパタン２１２を形成することができる（図３（Ｇ））。エッチングマスク材料の場合には、さらに、エッチングプロセスにより基板表面を加工し、微細構造を作製することができる。

また、磁気記録媒体２０１上の磁性粒子パタン２０５を転写する対象を、基板２０６上に塗布されたレジストや機能性材料からなる薄膜２１３とすることができ（図３（Ｈ））、同様に薄膜２１３表面上に磁性粒子パタン２１４を形成することができる（図３（Ｉ））。さらに、磁性粒子パタン２１４をエッチングマスクとして薄膜２１３をエッチング加工することにより、薄膜２１３表面に磁性粒子２０４を残した微細構造２１５を作製することもできる（図３（Ｊ））。さらに、磁性粒子を除去することにより、薄膜２１３表面の微細構造２１６とすることが可能である（図３（Ｋ））。

一方、同図における磁性粒子パタン２０７，２１４、及び、磁性粒子を表面に残した微細構造２０８，２１１，２１５は、磁気記録媒体２０１において、記録領域を分断することにより、記録密度を向上させるパタンドメディアとして利用することができる。

［第３の実施の形態］
図４は、本発明の第３の実施の形態における微細構造作製方法の模式図である。

前述の図２と同様に、磁気記録媒体３０１上の磁化パタン３０２に沿って磁性粒子３０４を吸着させて磁性粒子パタン３０５を形成する（図４（Ａ））。磁性粒子パタン３０５をエッチングマスクとして、磁気記録媒体３０１上に凹凸パタン３０６を形成する（図４（Ｂ））。磁気記録媒体３０１上の凹凸パタン３０６を別な基板３０７に押し付けることにより、基板３０７上に凹凸パタン３０８を形成する（図４（Ｃ））。

なお、基板３０７上にレジスト材料や機能性材料３０９を塗布しておき、基板３０７上のレジスト材料や機能性材料３０９に凹凸パタン３１０を形成してもよい（図４（Ｄ））。

さらに、対象物に凹凸パタン形成した後、ナノインプリントリソグラフィで行われているように、残膜除去・金属蒸着・リフトオフ・エッチングなどのプロセスを組み合わせて微細構造を作製してもよい。

以下、本発明の実施例を説明する。

［第１の実施例］
磁気記録ディスク媒体上にディスクドライブを使用して磁化パタンを書き込んだ。平均粒径１０ｎｍの酸化鉄粒子を含有する磁性流体中にディスクを含浸し、一定方向に引き上げた。ディスク表面に磁性粒子が吸着し、高さ１００ｎｍの磁性粒子集合体を形成した。磁性粒子集合体は、ライン幅１μｍ、長さ３００μｍの直線状パタンを形成しており、磁性粒子集合体が形成されていないスペース部（幅１μｍ）と合わせて、ピッチ２μｍのライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）パタンが形成された。Si基板上にポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）レジスト膜１００ｎｍを形成したものに対し、圧力０．５ｋｇ／ｍｍ^２で、磁性粒子パタンが形成されているディスクを押し付けた。レジスト膜上の深さ１００nmの凹凸からなるＬ／Ｓパタン（ピッチ２μｍ）が形成された。この凹凸パタンを元に、ナノインプリントリソグラフィにおいて行われる残膜除去・金属蒸着・リフトオフ・エッチングの各プロセスを行い、Si基板上に凹凸形状を作製することができた。

［第２の実施例］
磁気記録ディスク媒体上にディスクドライブを使用して磁化パタンンを書き込んだ。平均粒径１０ｎｍの酸化鉄粒子を含有する磁性流体上にディスクを含浸し、一定方向に引き上げた。ディスク表面に磁性粒子が吸着し、高さ５０ｎｍの磁性粒子集合体を形成した。磁性粒子集合体は、ライン幅０．１μｍ、長さ５０μｍの直線状パタンを形成しており、磁性粒子集合体が形成されていないスペース部（幅０．１μｍ）と合わせて、ピッチ０．２μｍのライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）パタンが形成された。Si基板表面に対し、圧力１ｋｇ／ｍｎ^２で、磁性粒子パタンが形成されているディスクを押し付けた。ディスクからSi基板表面へ磁性粒子が移動し、Si基板表面に磁性粒子パタン（ライン部高さ５０ｎｍ、ライン幅０．１μｍ、スペース幅０．１μｍ）が形成された。この磁性粒子パタンをエッチングマスクとして、Si基板をエッチングし、Si基板表面に深さ１００ｎｍの凹凸からなるＬ／Ｓパタン（ピッチ０．１μｍ）の微細構造を作製することができた。

なお、磁性粒子を対象物に移動させた後のディスクを再度磁性流体中に含浸することにより、ディスク上に磁性粒子パタンを再生することができ、プロセスを繰り返すことが可能であった。

［第３の実施例］
磁気記録ディスク媒体上に市販のディスクドライブを使用して磁化パタンを書き込んだ。平均粒径１０ｎｍの酸化鉄粒子を含有する磁性流体中にディスクを含浸し、一定方向に引き上げた。ディスク表面に磁性粒子が吸着し、高さ４０ｎｍの磁性粒子集合を形成した。磁性粒子集合体は、ライン幅０．１μｍ、長さ５０μｍの直線状パタンを形成しており、磁性流体集合体が形成されていないスペース部（幅０．１μｍ）と合わせて、ピッチ０．２μｍのライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）パタンが形成された。Si基板表面に対し、圧力１ｋｇ／ｍｍ^２で、磁性粒子パタンが形成されているディスクを押し付けた。Si基板表面へ磁性粒子が移動し、Si基板表面に磁性粒子パタン（ライン部高さ５０ｎｍ、スペース幅０．１μｍ）が形成された。このSi基板表面に対してAu薄膜（厚さ２０ｎｍ）を蒸着によって形成した後、超音波洗浄によって磁性粒子を除去するリフトオフを行うことにより、Auからなる細線（厚さ２０ｎｍ、幅６０ｎｍ、長さ５０μｍ）を形成することができた。

さらに、このAu細線をマスクとしてSi基板をエッチングし、Si基板表面に深さ１００ｎｍの凹凸からなるＬ／Ｓパタン（ピッチ０．１μｍ）の微細構造を作製することができた。

［第４の実施例］
磁気記録ディスク媒体上に市販のディスクドライブを使用して磁化パタンを書き込んだ。平均粒径１０ｎｍの酸化鉄粒子を含有する磁性流体中にディスクを含浸し、一定方向に引き上げた。ディスク表面に磁性粒子が吸着し、高さ５０ｎｍの磁性粒子集合体を形成した。磁性粒子集合体は、ライン幅０．１μｍ、長さ５０μｍの直線状パタンを形成しており、磁性粒子集合体が形成されていないスペース部（幅０．１μｍ）と合わせて、ピッチ０．２μｍのライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）パタンが形成された。Si基板上にポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）レジスト膜（厚さ５０ｎｍ）を形成したものに対し、圧力１ｋｇ／ｍｍ^２で、磁性粒子パタンが形成されているディスクを押し付けた。ディスクからレジスト膜へ磁性粒子が移動し、レジスト膜表面に磁性粒子パタン（ライン部高さ５０ｎｍ、ライン幅０．１μｍ、スペース幅０．１μｍ）が形成された。この磁性粒子パタンをエッチングマスクとして、レジスト及びSi基板をエッチングし、Si基板表面に微細構造を作製することができた。なお、磁性粒子を対象物に移動させた後のディスクを再度磁性流体中に含浸することにより、ディスク上に磁性粒子パタンを再生することができ、プロセスを繰り返すことが可能であった。

［第５の実施例］
ＳＰＭ探針先端に電流を流すことにより、微小磁気ヘッドとして用い、ハードディスク媒体上に磁化パタンを書き込んだ。平均粒径１０ｎｍの酸化鉄粒子を含有する磁性流体中にディスクを含浸し、一定方向に引き上げた。ディスク表面に磁性粒子が吸着し、高さ３０ｎｍの磁性粒子集合体を形成した。磁性粒子集合体は、ドッド径５０ｎｍのドッドを形成しており、磁性粒子集合体が形成されていない部分を合わせて、ピッチ１００ｎｍの六方最密充填ドットパタンが形成された。この磁性粒子パタンをエッチングマスクとして、ハードディスク表面をエッチングし、超音波洗浄により磁性粒子を除去することにより、表面に深さ１００ｎｍの凹凸からなる六方最密充填パタン（ピッチ１００ｎｍ）を形成した。

Si基板上にポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）レジスト膜（厚さ２０ｎｍ）を形成したものに対し、圧力１ｋｇ／ｍｍ^２で、凹凸パタンを元に、残膜除去・金属蒸着・リフトオフ・エッチングの各プロセスを行い、Si基板上に深さ３００ｎｍの凹凸からなる六方最密充填パタン微細構造を作製することができた。

なお、本発明は、上記の実施の形態及び実施例に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々変更・応用が可能である。

本発明は、デバイスの作製における微細パタンを形成するための技術に適用可能である。

本発明の原理を説明するための図である。本発明の第１の実施の形態における微細構造作製方法の模式図である。本発明の第２の実施の形態における微細構造作製方法の模式図である。本発明の第３の実施の形態における微細構造作製方法の模式図である。従来のナノインプリント技術による微細構造の作製方法を示す図である。

符号の説明

１０１磁気記録媒体
１０２磁性パタン
１０３磁性流体
１０４磁性粒子
１０５磁性粒子パタン
１０６基板
１０７凹凸パタン
１０８レジスト
１０９凹凸パタン
２０１磁気記録媒体
２０２磁性パタン
２０３磁性流体
２０４磁性粒子
２０５磁性粒子パタン
２０６基板
２０７磁性粒子パタン
２０８磁性粒子を表面に残した微細構造
２０９基板上の微細構造
２１０エッチングマスク材料や機能性材料
２１１薄膜の一部が分断された微細構造
２１２エッチングマスク材料や機能材料からなるパタン
２１３レジストや機能性材料からなる薄膜
２１４磁性粒子パタン
２１５薄膜表面に磁性粒子を残した微細構造
２１６薄膜表面の微細構造
３０１磁気記憶媒体
３０２磁性パタン
３０３磁性流体
３０４磁性粒子
３０５磁性粒子パタン
３０６磁気記録媒体上の凹凸パタン
３０７加工対象基板
３０８基板上の凹凸パタン
３０９レジスト材料や機能性材料の薄膜
３１０レジスト材料や機能性材料上の凹凸パタン
４０１モールド材料となる基板
４０２レジスト
４０３レジストパタン
４０４金属
４０５金属マスクパタン
４０６凹凸パタン
４０７モールド
４０８対象基板
４０９レジスト
４１０レジスト上の凹凸パタン
４１１金属
４１２対象基板上の微細構造

Claims

微細パタンのテンプレートを作製し、該テンプレートを用いて対象物表面に微細パタンを複製するための微細構造作製方法であって、
磁気記録媒体上に磁化パタンを形成する工程と、
磁性粒子を前記磁化パタンに従って前記磁気記録媒体表面に配列する工程と、
前記磁性粒子が表面に配列された前記磁気記録媒体をテンプレートとして別な基板に対して押し付ける工程と、を
少なくとも含むことを特徴とする微細構造作製方法。
前記磁性粒子が表面に配列された前記磁気記録媒体を前記別な基板に押し付けることにより、該磁気記録媒体の表面に該磁性粒子により形成された凹凸形状が別な基板表面に転写される
請求項１記載の微細構造作製方法。
前記磁性粒子が表面に配列された前記磁気記録媒体を前記別な基板に押し付けることにより、該磁性粒子が別な基板表面に移動する
請求項１記載の微細構造作製方法。
前記別な基板が、該基板の表面にレジストもしくは金属薄膜を持つ
請求項１乃至３記載の微細構造作製方法。
前記磁性粒子が表面に配列された前記磁気記録媒体を前記別な基板に押し付けた後に、該別な基板に対してエッチングを行う
請求項１乃至４記載の微細構造作製方法。
微細パタンのテンプレートを作製し、該テンプレートを用いて対象物表面に微細パタンを複製するための微細構造作製方法であって、
磁気記録媒体上に磁化パタンを形成する工程と、
磁性粒子を前記磁化パタンに従って前記磁気記録媒体表面に配列する工程と、
前記磁性粒子が表面に配列された前記磁気記録媒体を、該磁性粒子をエッチングマスクとしてエッチングすることにより該磁気記録媒体に凹凸形状を形成する工程と、
表面に前記凹凸形状が形成された前記磁気記録媒体を別な基板に対して押し付ける工程と、を
少なくとも含むことを特徴とする微細構造作製方法。