(57)【要約】【課題】ナノ構造デバイスを作製する方法を提供する。【解決手段】方法は、複数の化学的にコントラスト付けされたアライメント構造を有する基板を提供する工程と、基板の少なくとも一部に自己集合化材料を堆積させる工程とを含み、自己集合化材料の実質的に球形又は円筒形のドメインの位置および／又は向きは、ナノ構造パターンを形成するようにアライメント構造によって誘導され、またアライメント構造の周期は、球形又は円筒形ドメインの周期の約２倍から約１０倍の間にある。この方法に従って作製される装置も提供される。【選択図】図１
2010123239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の化学的にコントラスト付けされたアライメント構造を有する基板を提供する工程と、
基板の少なくとも一部に自己集合化材料を堆積させる工程であって、該自己集合化材料の実質的に球形のドメインの位置および／又は向きは、ナノ構造パターンを形成するように前記アライメント構造によって誘導され、前記アライメント構造の周期は前記球形のドメインの周期の約２倍から約１０倍の間にある工程と、
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記アライメント構造は前記球形のドメインよりも小さい前記方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記アライメント構造は周期Ｌｓで配置されており、前記自己集合化材料は自然な周期Ｌｏを有し、ｎ＝１，２，．．．，１０についてＬｓ＝ｎＬｏ（±１０％）である前記方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記アライメント構造は周期Ｌｓで配置されており、前記自己集合化材料は自然な周期Ｌｏを有し、ｎ＝１，２，．．．，５についてＬｓ＝ｎ√３Ｌｏ（±１０％）である前記方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記アライメント構造は平均周期＜Ｌｓ＞で配置されており、前記自己集合化材料は自然な周期Ｌｏを有し、<Ｌｓ>は約２Ｌｏから約１０Ｌｏの範囲にある前記方法。
【請求項６】
複数の化学的にコントラスト付けされたアライメント構造を有する基板と、
基板の少なくとも一部上の自己集合化材料であって、該自己集合化材料の実質的に球形のドメインの位置および／又は向きは、ナノ構造パターンを形成するように前記アライメント構造によって誘導され、前記アライメント構造の平均間隔は前記球形のドメインの周期の約２倍から約１０倍の間にある自己集合化材料と、
を含む装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、前記アライメント構造は前記球形のドメインよりも小さい前記装置。
【請求項８】
請求項６に記載の装置であって、前記アライメント構造は周期Ｌｓで配置されており、前記自己集合化材料は自然な周期Ｌｏを有し、ｎ＝１，２，．．．，１０についてＬｓ＝ｎＬｏ（±１０％）である前記装置。
【請求項９】
請求項６に記載の装置であって、前記アライメント構造は周期Ｌｓで配置されており、前記自己集合化材料は自然な周期Ｌｏを有し、ｎ＝１，２，．．．，５についてＬｓ＝ｎ√３Ｌｏ（±１０％）である前記装置。
【請求項１０】
請求項６に記載の装置であって、前記アライメント構造は平均周期＜Ｌｓ＞で配置されており、前記自己集合化材料は自然な周期Ｌｏを有し、＜Ｌｓ＞は約２Ｌｏから約１０Ｌｏの範囲にある前記装置。
【請求項１１】
複数の分離した化学的にコントラスト付けされたアライメント構造を有する基板を提供する工程と、
前記複数の化学的にコントラスト付けされたアライメント構造の少なくとも一部に自己集合化材料を堆積させる工程であって、該自己集合化材料の実質的に円筒形のドメインの位置および／又は向きは、薄層状パターンを形成するように前記アライメント構造によって誘導され、前記アライメント構造の周期は前記円筒形のドメインの周期の約２倍から約１０倍の間にある工程と、
を含む方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記アライメント構造は少なくとも１つの方向において前記円筒形のドメインよりも小さい前記方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法であって、前記アライメント構造は周期Ｌｓで配置されており、前記自己集合化材料は自然な周期Ｌｏを有し、ｎ＝１，２，．．．，５についてＬｓ＝ｎ√３Ｌｏ（±１０％）である前記方法。
【請求項１４】
複数の分離した化学的にコントラスト付けされたアライメント構造を有する基板と、
前記複数の化学的にコントラスト付けされたアライメント構造の少なくとも一部の上の自己集合化材料であって、該自己集合化材料の実質的に円筒形のドメインの位置および／又は向きは、薄層状パターンを形成するように前記アライメント構造によって誘導され、前記アライメント構造の平均間隔は前記円筒形のドメインの周期の約２倍から約１０倍の間にある前記自己集合化材料と、
を含む装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置であって、前記アライメント構造は少なくとも１つの方向において前記円筒形のドメインよりも小さい前記装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の装置であって、前記アライメント構造は周期Ｌｓで配置されており、前記自己集合化材料は自然な周期Ｌｏを有し、ｎ＝１，２，．．．，５についてＬｓ＝ｎ√３Ｌｏ（±１０％）である前記装置。
【請求項１７】
基板のサーボ・エリアに第１の間隔を置いた複数のドットを形成する工程と、
リソグラフィ・プロセスを用いて基板のビット・エリアに第２の間隔を置いた複数のドットを形成する工程と、
前記ビット・エリアの少なくとも一部に自己集合化材料を堆積させる工程であって、該自己集合化材料のドメインの位置および／又は向きは、前記ビット・エリアにナノ構造パターンを形成するように第２の間隔を置いた複数のドットによって誘導される工程と、
を含む方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、リソグラフィ・プロセスを用いて基板のビット・エリアに第２の間隔を置いた複数のドットを形成する前記工程は、基板を重合体ブラシ層によって被覆し、該重合体ブラシ層をパターニングすることによって実施される前記方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の方法であって、前記自己集合化材料のドメインは、球形のドメインを含む前記方法。
【請求項２０】
請求項１７に記載の方法であって、自己集合化材料のドメインは円筒形のドメインを含み、前記ナノ構造パターンは、薄層状パターンを含む前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ構造デバイスを作製する方法およびそのような方法を用いて作製されたデバイスに関する。１つの態様で、発明は、自然な状態で自己集合化されるナノ構造において、長距離秩序および正確な位置制御を実現する方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
ナノメートル・サイズの寸法を持つ要素を有する構造は、光、電子、機械、磁気等の技術分野での利用が検討されている。ナノ構造には、例えば、ナノ粒子、ナノチューブ又は量子ドットと呼ばれる各種構造が含まれ、秩序立った複雑な材料のための構築ブロックとして利用される可能性を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ビット・パターン媒体（ＢＰＭ）および離散トラック媒体（ＤＴＭ）を含むデータ記憶媒体に関して、２５ｎｍ以下の短い周期を有する超高密度ドット・アレイ又はライン・アレイのパターニングが望まれている。しかし、光リソグラフィは回折限界によって制限されるため、従来の光リソグラフィの解像度は、通常約５０ｎｍハーフピッチに制限される。このように、従来の光リソグラフィは、ビット・パターン化磁気記憶媒体のためのそのようなナノ構造を作製するのに適していない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
基板上にナノ構造を形成するために、高い生産性を持つパターニング法が望まれる。自己集合技術は、超高密度のパターニングおよび高い生産性の両方を提供する可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】発明の１つの態様に従った作製プロセスを表す模式図。
【図２】ブロック共重合体の模式図。
【図３】基板の断面図。
【図４】基板の断面図。
【図５】ドット・パターンの模式図。
【図６】ドット・パターンの模式図。
【図７】ドット・パターンの模式図。
【図８】発明の１つの態様に従って構築されたパターン媒体の部分を表す模式図。
【図９】発明の１つの態様に従って構築されたパターン媒体の部分を表す模式図。
【図１０】発明の１つの態様に従って構築されたパターン媒体の部分を表す模式図。
【図１１】発明の１つの態様に従って構築されたパターン媒体の部分を表す模式図。
【図１２】発明の１つの態様に従ったパターン媒体の一部の写真。
【図１３】発明の１つの態様に従って構築された別のパターン媒体の一部の模式的断面図。
【図１４】発明の１つの態様に従って構築された別のパターン媒体の一部の模式的断面図。
【図１５】発明の１つの態様に従った別のパターン媒体の一部の写真。
【図１６】図１５のパターン媒体の作製で使用できるパターニングされた表面の平面図。
【図１７】発明の１つの態様に従って構築された別のパターン媒体の断面の模式図。
【図１８】発明の１つの態様に従って構築された別のパターン媒体の断面の模式図。
【図１９】発明の１つの態様に従って構築された別のパターン媒体の断面の模式図。
【図２０】発明の１つの態様に従ったデータ記憶ディスクのテンプレートを表す模式図。
【図２１】発明の１つの態様の方法を示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
１つの態様で、発明は、複数の化学的にコントラスト付けされたアライメント構造を有する基板を提供する工程と、基板の少なくとも一部に自己集合化材料を堆積させる工程とを含み、自己集合化材料の実質的に球形のドメインの位置および向きは、ナノ構造パターンを形成するようにアライメント構造によって誘導され、またアライメント構造の周期は、球形ドメインの周期の約２倍から約１０倍の間にある方法を提供する。
【０００７】
別の態様で、発明は、複数の化学的にコントラスト付けされたアライメント構造を有する基板と、基板の少なくとも一部上の自己集合化材料とを含み、自己集合化材料の本質的に球形のドメインの位置および向きは、ナノ構造パターンを形成するようにアライメント構造によって誘導され、またアライメント構造の平均の間隔は、球形ドメインの周期の約２倍から約１０倍の間にある装置を提供する。
【０００８】
別の態様で、発明は、複数の離散した化学的にコントラスト付けされたアライメント構造を有する基板を提供する工程と、複数の化学的にコントラスト付けされたアライメント構造の少なくとも一部の上に自己集合化材料を堆積させる工程とを含み、自己集合化材料の実質的に円筒形のドメインの位置および／又は向きは、薄層状パターンを形成するようにアライメント構造によって誘導され、またアライメント構造の周期は、円筒形ドメインの周期の約２倍から約１０倍の間にある方法を提供する。
【０００９】
別の態様で、発明は、複数の離散した化学的にコントラスト付けされたアライメント構造を有する基板と、複数の化学的にコントラスト付けされたアライメント構造の少なくとも一部の上の自己集合化材料とを含み、自己集合化材料の本質的に円筒形のドメインの位置および／又は向きは、薄層状パターンを形成するようにアライメント構造によって誘導され、またアライメント構造の平均の間隔は、円筒形ドメインの周期の約２倍から約１０倍の間にある装置を提供する。
【００１０】
別の態様で、発明は、基板のサーボ・エリアに第１の複数の間隔を置いたドットを形成する工程と、リソグラフィ・プロセスを用いて基板のビット・エリアに第２の複数の間隔を置いたドットを形成する工程と、ビット・エリアの少なくとも一部に自己集合化材料を堆積させる工程とを含み、自己集合化材料のドメインの位置および／又は向きは、ビット・エリアにナノ構造パターンを形成するように第２の複数の間隔を置いたドットによって誘導される方法を提供する。
【００１１】
発明はデータ記憶媒体の作製に利用できる。データ記憶媒体は、一般にサーボ・エリアおよびビット・エリアを含む。サーボ・エリアは、記録ヘッドの位置と読み書き操作のタイミングとを制御するために用いられる情報を含む。ビット・エリアは、メディアとの間で読み書きされる情報を記憶するために用いられる。１つの態様で、発明は、高密度の周期的ドット・パターンを有するビット・エリアおよび中密度から高密度の周期的／非周期的ドット／ライン・パターンを有するサーボ・エリアの両方に対するＢＰＭのナノインプリントのテンプレート作製へ自己集合化プロセスを統合させる。
【００１２】
別の態様で、発明は、ナノ構造のアレイの自己集合、あるいは自己組織化を誘導するために利用できる化学コントラスト表面パターンを有する基板構造を使用する。ここでの説明で使用されるように、化学コントラスト基板は、ブロック共重合体の異なる要素に対して異なる化学的優先性又は親和性を示す領域又は材料を有する基板を意味する。領域又は材料は、トポグラフィ的な差異をほとんど有しない。領域又は材料は、ナノ構造の自己集合化を誘導するアライメント構造として働く。自己集合は、ブロック共重合体およびナノ粒子のような自己集合化材料の周期的ナノ構造の形成を意味する。周期的ナノ構造は、熱力学的性質に従って比較的広い領域で自発的に形成される。
【００１３】
化学コントラストを有する基板は、ビット・パターン媒体（ＢＰＭ）のテンプレート作製に望ましい０．１５５テラ・ドット／平方センチメートル（１テラ・ドット／平方インチ）以上の面密度に対応する、２５ｎｍ以下のドメイン周期を持つブロック共重合体球形又は円筒形ナノドメインの位置を誘導するために利用できる。図面を参照すると、図１は発明の１つの態様に従う作製プロセスを模式的に示す。
【実施例】
【００１４】
図１で、ディスク１０は基板１２を含み、基板上に形成された表面パターン１４を有する。表面パターンには、表面１８の内部又は上に複数の領域１６を有する化学コントラスト表面パターンが含まれる。領域１６は、後に堆積されるナノ構造のためのアライメント構造として働く。分かりやすくするために、図１には数個の領域１６しか示されていないが、実際のデバイスではもっと多くの領域１６が用いられることを理解されよう。領域と表面とは、後に基板上に堆積される材料に対して異なる親和性を有し、ナノ構造の位置および／又は向きを誘導するように働く。領域１６は、電子ビーム・リソグラフィ、ナノインプリンティング、極端紫外（ＥＵＶ）リソグラフィ、１９３ｎｍリソグラフィ、２４８ｎｍリソグラフィ、Ｘ線リソグラフィなどの従来のリソグラフィによって生成できる。
【００１５】
表面パターン１４のハーフピッチは、例えば数十ないし数百ナノメートルでよい。この例で、領域１６は表面１８の面内で実質的に円形をしている。領域１６はまたドットとも呼ばれる。
【００１６】
パターン２０を作製するために自己集合化材料が用いられ、それの長距離秩序および位置の精度は、表面パターン１４によって誘導される。一例では、自己集合化パターンは、ブロック共重合体を用いて作製される。ブロック共重合体の要素は、基板表面上で、基板の化学コントラスト・パターンによって誘導されるパターン状にそれら自身を位置決めする。ブロック共重合体の１つのドメインは取り除くことができて、パターン２０中にドメイン２２が残される。一例では、残るドメイン２２は実質的に球形をしている。
【００１７】
基板パターンとブロック共重合体パターンとの間の周期比率は、１：１から１０：１の間で変化させることができる。更に、基板の化学コントラスト・パターン中の格子構造は、ブロック共重合体パターンのそれと必ずしも同じである必要はない。更に、化学コントラスト・パターンは周期的でなくてもよい。
【００１８】
一例で、アライメント・ドット１６の大きさは、横方向に測定したときに、ブロック共重合体ドメイン２２の大きさよりも小さく、またアライメント・ドットの体積も、ブロック共重合体ドメインのそれよりもずっと小さい。
【００１９】
図２はブロック共重合体３０を表す模式図である。ブロック共重合体は主要素３２と副要素３４とを含む。
【００２０】
図３は化学的にパターニングされた基板４０の一部の断面図である。基板の表面４４に重合体ブラシ層４２が形成される。この例で、重合体ブラシ層に開口部４６、４８が形成される。基板は、ブロック共重合体の第１要素に対して親和性を有する材料を含み、また重合体ブラシ層４２は、ブロック共重合体の第２要素に対して親和性を有する材料を含む。後に基板に対してブロック共重合体が塗布されるときに、ブロック共重合体のドメインの位置は、基板および重合体ブラシ層に対するブロック共重合体要素の親和性によって制御される。図３の例は凹型の基板パターンを含む。
【００２１】
図４は、化学的にパターニングされた基板５０の一部の断面図である。基板の表面５４に重合体ブラシ層５２が形成される。この例で、重合体ブラシ層の上にはナノポスト５６、５８が形成される。重合体ブラシ層は、ブロック共重合体の第１要素に対して親和性を有する材料を含み、またナノポストは、ブロック共重合体の第２要素に対して親和性を有する材料を含む。後に基板に対してブロック共重合体が取り付けられるときに、ブロック共重合体のドメインの位置は、重合体ブラシ層およびナノポスト対するブロック共重合体要素の親和性によって制御される。図４の例は凸型の基板パターンを含む。
【００２２】
ここで述べた例で、重合体ブラシ層はポリスチレンを含むことができる（主ブロックとしてポリスチレンを含む共重合体用として）。図４の例で、ナノポストは、ＳｉＯｘや、各種金属、例えばタンタル、クロム、チタンなどを含むことができる。
【００２３】
パターンを形成するために、トルエンなどの汎用溶剤に溶かした希釈液からスピン塗布によってパターニングされた表面上にブロック共重合体の堆積を行い、単分子層の球（球形のブロック共重合体の場合）又は下方へ延びる円筒（円筒形ブロック共重合体の場合）を形成し、いくつかの既知の方法の１つを用いてブロック共重合体の１つのドメインを取り除いて、ドット（又は孔）又はライン（又はトレンチ）の形の複数のナノ構造を残すことができる。
【００２４】
ブロック共重合体のナノ構造を用いて、約５ｎｍから約５０ｎｍオーダのハーフピッチ・サイズのドメインを有する構造を形成できる。しかし、これらのブロック共重合体ナノ構造は、通常長距離秩序を持たない。１つの態様で、本発明は、ブロック共重合体ナノ構造において長距離秩序を促進するための化学コントラストを持つ表面パターンを有する基板を用いることによって、長距離秩序欠如の問題に対処する。
【００２５】
ブロック共重合体は、２つの有機ブロック（例えば、ポリスチレン−ブロック−ポリメチルメタクリレート）、あるいは、１つの有機ブロックと１つの無機ブロック（例えば、ポリスチレン−ブロック−ポリジメチルシロキサン）を含むことができる。ドメインの１つは、ＵＶ分解とそれに続くウェット・リンスによって取り除くことができる。例えば、ＵＶ照射によってポリメチルメタクリレートは劣化し、他方、ポリスチレンは交差結合を起こす。別の例では、酸素プラズマを用いて有機成分を除去することができる。ポリジメチルシロキサンは酸素プラズマに対して良好な耐性を有する。
【００２６】
化学コントラストを持つ基板パターンおよび特別に設計されたパターン・レイアウトを用いて、２５ｎｍ以下（０．１５５テラ・ドット／平方センチメートル（１テラ・ドット／平方インチ）以上）のドメイン周期を持つ自己集合化されたナノドメインの位置を誘導できる。この基板の化学パターンは、電子ビーム、ナノインプリント、ＥＵＶ、１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、Ｘ線など各種の進歩したリソグラフィ技術によって生成できる。ここでの例としてブロック共重合体が用いられたが、自己集合化材料はブロック共重合体に限定されず、例えば、化学的に機能を付与されたナノ粒子およびナノチューブなど、少なくとも２つの化学的に区別される要素を持つ任意の自己集合化材料でよい。化学的に機能を付与されたナノ粒子には、有機のナノ粒子内核のほかに内核と比べて区別される化学的性質を有する有機重合体鎖を含む外核がある。化学的に機能を付与されたナノ粒子の一例は、３アミノプロピル（３オキソブタン酸）で機能化されたシリカ・ナノ粒子である。
【００２７】
図５、６および７は、各種の周期格子構造を持つ基板ドット・パターンを表す模式図であり、ここでＬｓは基板パターンの周期（すなわち、アライメント・ドット間の距離）で、Ｌｓｘは直交座標系のＸ方向での周期、ＬｓｙはＹ方向での周期である。
【００２８】
図５は、Ｌｓｙ＝０．８６６Ｌｓｘとなるように配置されたアライメント・ドットの六角形パターンを示す。図６は、Ｌｓｙ＝Ｌｓｘとなるように配置されたアライメント・ドットのスタガー・パターンを示す。図７は、Ｌｓｙ＝Ｌｓｘとなるように配置されたアライメント・ドットの四角形パターンを示す。
【００２９】
基板パターンの周期は、自然なブロック共重合体パターンのドメイン周期（１×）と必ずしも等しい必要はなく、そのことが、例えば電子ビーム・リソグラフィや光リソグラフィなど、基板パターンを生成するために用いられる従来のリソグラフィ技術という重圧を解放する助けとなる。自己集合化材料の自然なパターンというのは、基板トポグラフィ・パターンや化学コントラスト・パターンなど外部場の誘導なしで形成される自己集合化ナノ構造を意味する。ここに述べる方法によれば、従来のリソグラフィによって疎な基板パターン（例えば化学コントラスト）を生成させるだけでよく、それを用いて密な自己集合化パターンを誘導できる。このように、自己集合は従来のリソグラフィの解像度という重圧を解放する。
【００３０】
パターン倍率（すなわち、基板パターン周期とブロック共重合体パターン周期との比率）は約１から約１０までの範囲にある。例えば、任意の表面誘導なしに自然なブロック共重合体ナノパターン中に、従ってマルチ・グレイン構造の形に１０×１０のブロック共重合体ドメインの単一グレインを一般的に形成できるのであれば、比率１０を用いることができる。
【００３１】
そのようなパターン倍率は、０．１５５−０．３１テラ・ドット／平方センチメートル（１−２テラ・ドット／平方インチ）以上のドット面密度を有するパターン媒体作製に有用である。この方法のパターニング解像度は、利用できる自己集合化材料の性質によってのみ制限され、これは、０．１５５−７．７５テラ・ドット／平方センチメートル（１−５０テラ・ドット／平方インチ）の面密度に対応しており、ブロック共重合体について約４ｎｍから約５０ｎｍ、ナノ粒子について約３ｎｍから約１０ｎｍ、ナノチューブについて約１ｎｍから約５ｎｍのハーフピッチ寸法を有する。
【００３２】
図８、９および１０は、同一又は異なる格子構造を持つ周期的な基板パターンによって誘導されるブロック共重合体パターンを表す模式図である。
【００３３】
図８は、参照番号６０によって示される場所にアライメント・ドットを有する基板上に形成されたナノ構造パターンを示す。アライメント・ドットは、Ｌｓｙ＝０．８６６Ｌｓｘとなるように配置されている。図８は、Ｌｏを自然な（すなわち誘導されていない）ブロック共重合体パターンの周期としたとき、ｎ＝１，２，．．．，１０についてＬｓ＝ｎＬｏ（±１０％）として、３倍（３×）の倍率のアライメント・ドットの六角形パターンを示す。しかし、図８のアライメント・ドットのパターンは、３×の倍率に限定されない。
【００３４】
図９は、参照番号６２によって示される場所にアライメント・ドットを有する基板上に形成されたナノ構造パターンを示す。アライメント・ドットは、Ｌｓｙ＝Ｌｓｘとなるように配置されている。図９は、ｎ＝１，２，．．．，１０についてＬｓ＝ｎＬｏ（±１０％）として、３倍（３×）の倍率のアライメント・ドットのスタガー・パターンを示す。しかし、図９のアライメント・ドットのパターンは、３×の倍率に限定されない。
【００３５】
図１０は、参照番号６４によって示される場所にアライメント・ドットを有する基板上に形成されたナノ構造パターンを示す。アライメント・ドットは、Ｌｓｙ＝Ｌｓｘとなるように配置されている。
【００３６】
図１０は、ｎ＝１，２，．．．，５についてＬｓ＝２ｎＬｏ（±１０％）として、４倍（４×）の倍率のアライメント・ドットの四角形パターンを示す。しかし、図１０のアライメント・ドットのパターンは、４×の倍率に限定されない。
【００３７】
図８、９および１０の構造で、１０×１０の自然な格子構造は、基板の誘導なしでブロック共重合体パターン中に得られるものと仮定されている。
【００３８】
基板パターンの格子構造は、また自然に自己集合化される構造のそれと異なることもできる。例えば、六角形、スタガー又は四角形のアレイを持つ基板パターンは、すべてブロック共重合体の球形／円筒形ドメインを自然な六角形格子と揃えることができる。更に、基板パターンは、いくつかのブロック共重合体ナノドメインを下層の基板に対していくつかのスポットにおいてピニングすることによってブロック共重合体ドメイン構造の長距離秩序を誘導できる限り、周期的でなくてもよい。
【００３９】
図１１は、参照番号６６によって示される場所にアライメント・ドットを有する非周期的な基板パターンによって誘導されるブロック共重合体パターンを表す模式図である。この例で、Ｌｓについての平均寸法は、＜Ｌｓ＞であって、＜Ｌｓ＞は、約２Ｌｏから約１０Ｌｏの範囲にある。
【００４０】
基板パターンは光リソグラフィによって生成できる。化学コントラスト面を有する基板は、共重合体中の異なるブロックに対して異なる親和性を有する、交互に並んだ疎水性と親水性の領域又は交互に並んだ有極性と無極性の領域を含むことができる。
【００４１】
自己集合化ナノドット・アレイは、ナノドット・アレイのピッチよりずっと大きいパターン・ピッチを持つ基板化学パターンによって誘導できる。注意深く設計された自己集合システム、すなわち表面凹凸の小さい化学コントラストを持つ基板の六角形ドット・パターン上に自己集合化された球形ブロック共重合体を用いることによって、２４ｎｍ／４８ｎｍ／７２ｎｍ／９６ｎｍの周期を持つ基板ドット・アレイによって誘導される２４ｎｍピッチ（０．２０テラ・ドット／平方センチメートル（１．３テラ・ドット／平方インチ））を持つ高度にアドレス指定可能なブロック共重合体ドット・アレイが作製された。更に、誘導による０．３１テラ・ドット／平方センチメートル（２テラ・ドット／平方インチ）よりも高密度のドット・アレイが実証された。この例で、ドットは図５のアレイ・フォーマット状に配置されている。
【００４２】
垂直を向いた円筒形のブロック共重合体についても研究がなされているが、円筒形のブロック共重合体の場合には、基板／共重合体界面および共重合体／空気界面の両方に対して垂直なドメイン方向を実現するために、中性の表面ウェット状態が必要とされる。１つの態様で、本発明は、アドレス指定可能なドット・アレイを生成するために中性の表面ウェット条件を気にすることなしに球形のブロック共重合体を含み、それは熱力学的平衡状態にあって本質的に低い欠陥密度を持ち、長時間の安定性を持つ。
【００４３】
図１２は、発明の１つの態様に従うパターン媒体の一部の顕微鏡写真である。図１２は、３×の周期を持つ六角形の基板パターンによって誘導された０．２テラ・ドット／平方センチメートル（１．３テラ・ドット／平方インチ）の球形ＰＳ−ＰＤＭＳブロック共重合体パターンを示している。
【００４４】
図１３は、図１２に示されたものと類似のパターン媒体の一部の模式的断面図である。図１３の例で、化学的にコントラスト付けされた表面７２を持つ基板７０は、重合体ブラシ層７４と、重合体ブラシ層中の開口部７６、７８とを含む。ブロック共重合体８０は、化学的にコントラスト付けされた表面上に堆積される。ブロック共重合体は、第２の要素９０中に、第１の要素の本質的に球形の複数のドメイン８２、８４、８６および８８を含む。ドメイン８２および８８は基板に対して親和性を持ち、そのためブラシ重合体層の開口部の場所に形成される。
【００４５】
図１４は、第２の要素を実質的に除去したあとの、図１３のパターン媒体の一部の模式的断面図である。
【００４６】
発明の別の態様では、基板の化学パターンを円筒形ブロック共重合体と組み合わせることによって、高度に秩序立った高密度のライン・パターンを作製できる。図１５は、基板ドット・パターンによって誘導された円筒形のポリ（スチレン−ジメチルシロキサン）（ＰＳ−ＰＤＭＳ）ブロック共重合体パターンの顕微鏡写真である。図１５は、下層の基板パターンなしでの、パターニングされた部分９２とパターニングされていない部分９４とを示している。パターニングされていないエリアには、明瞭なドメインの配向がない。
【００４７】
基板上の化学コントラスト・パターンには、図１６に示されるような複数のドット９６が含まれている。図１６のパターンで、ｎ＝１，２，．．．，５についてＬｓ＝ｎ√３Ｌｏ（±１０％）であり、ここでＬｏは自然な（すなわち、未誘導の）ブロック共重合体パターンの周期である。パターン化された表面に円筒形のブロック共重合体が堆積されると、円筒はパターンのドットに付着し、パターン化表面に対して実質的に平行に並ぶ。
【００４８】
図１７、１８および１９は、発明の１つの態様による、円筒形のブロック共重合体によって構築されたパターン媒体の断面の模式図である。
【００４９】
図１７は、トラックに交差する方向の断面模式図を示す。図１７の例で、化学的にコントラスト付けされた表面１０２を持つ基板１００は、重合体ブラシ層１０４と、重合体ブラシ層中の開口部１０６とを含む。円筒形ブロック共重合体１０８は、化学的にコントラスト付けされた表面上に堆積される。ブロック共重合体は、第２の要素１１６中に、第１の要素の実質的に円筒形の複数のドメイン１１０、１１２および１１４を含む。ドメイン１１０および１１４は基板に対して親和性を有し、従ってブラシ重合体層の開口部の場所に形成される。
【００５０】
図１８は、第２の要素を実質的に除去したあとの図１７のパターン媒体の一部の模式的断面図である。
【００５１】
図１９は、トラックの下流方向での図１８の構造の断面模式図である。
【００５２】
ブロック共重合体材料は、２つの（あるいはそれよりも多い）高度に不混和性のブロック／要素、ＡおよびＢ（あるいはそれより多い）を持つ任意の球形（ナノ構造のドット・アレイに対して）又は円筒形（ナノ構造のドット又はライン・アレイに対して）のブロック共重合体でよく、それは、ポリスチレン−ポリメチルメタクリレート（ＰＳ−ＰＭＭＡ）（〜２０−２５ｎｍまでの小ささ）、ポリ（スチレン−ジメチルシロキサン）（ＰＳ−ＰＤＭＳ）（〜１０ｎｍまでの小ささ）、ポリスチレン−ポリ（エチレン酸化物）（ＰＳ−ＰＥＯ）（〜１５ｎｍまでの小ささ）、ＰＳ−Ｐ２ＶＰ（〜１２ｎｍまでの小ささ）、ポリスチレン−ブロック−ポリ（４−ビニルピリジン）（ＰＳ−Ｐ４ＶＰ）（〜１５ｎｍまでの小ささ）等、２５ｎｍ以下のドメイン間隔を持つナノ構造を形成することができる。
【００５３】
一例で、ブロック共重合体ナノ構造は、１つの要素／ブロックがコバルト、鉄などの磁性元素を含む場合、そのまま記録媒体として利用できる。
【００５４】
自己集合化ナノドメインは、図２０に示されるように、規則的なビット・パターンと不規則なサーボ・パターンの両方を含むＢＰＭナノインプリントのテンプレート作製に統合できる。
【００５５】
図２０は、発明の１つの態様に従うデータ記録用ディスク・テンプレート１２０の模式図である。ディスク・テンプレートは複数のトラック１２２を含むが、そのうちの１つだけが示されている。各トラックは複数のデータ・ビット・エリア１２４および複数のサーボ・エリア１２６を含む。データ・ビット・エリアはここに説明したプロセスを用いて作製できる。サーボ・エリアは電子ビーム描画などのリソグラフィ・プロセスを用いて作製できる。
【００５６】
図２１は、ビット・パターンとサーボ・パターンの両方を含むＢＰＭテンプレート作製において、誘導された自己集合化ブロック共重合体ナノ構造を用いる方法を示すプロセス・フロー図である。この方法で、サーボ・エリアのサーボ・パターンを生成するために電子ビーム描画（ＥＢＷ）が用いられ、また自己集合材料／プロセスを用いてビット・エリアに高密度のドット・アレイが作製された。ブロック１３０は、その方法が基板を薄い重合体ブラシ層で被覆することからスタートすることを示している。一例では、薄い重合体ブラシ層は約１ｎｍから約１０ｎｍの厚さを有することができる。
【００５７】
薄い重合体ブラシ層は、次に例えば、約２０ｎｍから約５０ｎｍの厚さを有するフォトレジスト層で被覆される。フォトレジストは、規則的なドット・パターン（ビット・エリアにおいて）および不規則なサーボ・パターン（サーボ・エリアにおいて）を含むように、既知の方法を用いてパターニングできる。フォトレジストは、例えば電子ビーム・リソグラフィ、光リソグラフィ等を用いてパターニングできる（ブロック１３２）。
【００５８】
次に、第１の蒸着およびリフトオフ・プロセスを用いて、ビットおよびサーボ・エリアの両方に第１のハード・マスク・パターンを形成できる（例えば、クロム、タンタル等を用いて）。
【００５９】
ビット・エリアの規則的なドット・パターンは、後に取り付けられるブロック共重合体パターンを誘導するための基板パターンとして利用され、またサーボ・エリアの不規則なサーボ・パターンは最終的なサーボ・パターンとして利用される（ブロック１３４）。
【００６０】
ブロック１３６は、ブロック共重合体が被覆され、アニールされて（例えば、熱的／溶解プロセスを介して）、先に形成されたハード・マスク・ドット・パターンによって誘導されたビット・エリアの高度に秩序化されたブロック共重合体パターンを形成することを示す。
【００６１】
ブロック１３８は、第２の蒸着およびリフトオフ・プロセスを用いて、ビット・エリアに第２のハード・マスク・パターンを形成することを示しているが、これはいくつかのスポットにおいて第１のハード・マスク・パターンと部分的に重なり合う。
【００６２】
次に、ビット・パターン（第２のハード・マスク・パターンから）およびサーボ・パターン（第１のハード・マスク・パターンから）を含む最終的なハード・マスク・パターンがエッチング（又はその他の方法）によって基板（これは、紫外（ＵＶ）インプリントについては石英でよい）に転送され、そしてすべてのハード・マスク・パターンは、ブロック１４０に示されるようにウェット・エッチングによって除去できる。
【００６３】
図２１に示された方法は、ビット・パターン（規則的な周期、高いパターン密度、単一形状、密なサイズ／位置シグマを有する）およびサーボ・パターン（これは不規則又は規則的のいずれでもよく、中程度から高程度のパターン密度、柔軟な形状等を有する）の両方を含むＢＰＭナノインプリント・マスタ・テンプレートの作製と統合できる。誘導される自己集合化パターンをビット・エリアに利用することができ、また電子ビームで定義されるパターンをサーボ・エリアに利用することができる。
【００６４】
ブロック共重合体は、２つの有機ブロック（例えばポリスチレン−ブロック−ポリメチルメタクリレート）、あるいは１つの有機ブロックと１つの無機ブロック（例えばポリスチレン−ブロック−ポリジメチルシロキサン）を含むことができる。ドメインの１つは、ＵＶ分解とそれに続くウェット・リンスによって除去できる。例えば、ＵＶに露光されると、ポリメチルメタクリレートは劣化し、他方ポリスチレンは交差結合を起こす。別の例では、有機および無機のハイブリッド・ブロック共重合体において有機成分を除去するために酸素プラズマを利用することができる。無機ブロック（すなわち、ポリジメチルシロキサン）は酸素プラズマに対して良好な耐性を有する。
【００６５】
一例では、球形のブロック共重合体は、非常に高いパターン密度を持つ高度に秩序立った高密度のドット・アレイを生成するために、特別に設計されたドット・パターン・レイアウトを持つ化学コントラスト基板パターンによって誘導される。
【００６６】
別の例では、円筒形のブロック共重合体は、高いパターン密度を持つ高度に秩序化されたライン・アレイを生成するために、特別に設計されたドット・パターン・レイアウトを持つ化学コントラスト基板パターンによって誘導される。
【００６７】
１つの態様では、上で述べた誘導式の自己集合法を用いて生成された高度に秩序立ったドット・アレイは、サーボ・パターンおよびビット・パターンの両方を含むフル・ディスクのＢＰＭテンプレートを作製するための電子ビーム・リソグラフィ・プロセスと統合できる。
【００６８】
別の態様では、本発明はここに述べた方法の１つを用いて作製された装置を提供する。
【００６９】
発明についていくつかの例を挙げて説明してきたが、当業者には明らかなように、以下の請求項によって定義される発明の範囲から外れることなく、各種変更を開示された例に対して施すことが可能である。上で述べた実施およびその他の実施は請求項の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７０】
１０  ディスク
１２  基板
１４  表面パターン
１６  領域
１８  表面
２０  パターン
２２  ドメイン
３０  ブロック共重合体
３２  主要素
３４  副要素
４０  化学的にパターニングされた基板
４２  重合体ブラシ層
４４  表面
４６，４８  開口部
５０  基板
５２  重合体ブラシ層
５４  表面
５６，５８  ナノポスト
７０  基板
７２  化学的にコントラスト付けされた表面
７４  重合体ブラシ層
７６，７８  開口部
８０  ブロック共重合体
８２，８４，８６，８８  第１要素のドメイン
９０  第２要素
９２  パターニングされた部分
９４  パターニングされていない部分
９６  ドット
１００  基板
１０２  化学的にコントラスト付けされた表面
１０４  重合体ブラシ層
１０６  開口部
１１０，１１２，１１４  第１要素の円筒形ドメイン
１１６  第２要素
１２０  データ記録ディスク・テンプレート
１２２  トラック
１２４  データ・ビット・エリア
１２６  サーボ・エリア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図１２】
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【図１５】
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【外国語明細書】
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