(57)【要約】【課題】  相分離した膜であって、少なくとも膜の表面において、一方の物質が面内方向に規則的に並ぶナノシリンダー構造を有する薄膜を提供することを目的とする。【解決手段】  基板１上に、少なくとも表面に規則的なラメラ構造を有する層を形成する工程と、表面上にシリンダー構造体を形成する工程と、を備える。さらに、規則的なラメラ構造を有する層を形成する工程の際に、基板１を薄膜形成面と垂直な方向を回転軸として、略９０°回転させる。【選択図】  図５
2006326743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくとも表面に規則的なラメラ構造を有する層を形成する工程と、
前記表面上にシリンダー構造体を形成する工程と、を備えるナノシリンダー構造を有する薄膜の形成方法。
【請求項２】
前記規則的なラメラ構造を有する層を形成する工程の際に、前記基板を薄膜形成面と垂直な方向を回転軸として、略９０°回転させることを特徴とする請求項１記載のナノシリンダー構造を有する薄膜の形成方法。
【請求項３】
基板上に形成された少なくとも表面に規則的なラメラ構造を有する層と、前記表面上に形成されたシリンダー構造体とを備えるナノシリンダー構造を有する積層体。
【請求項４】
請求項３記載の積層体を含み、前記シリンダー構造体の細孔に磁性材料が充填されていることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項５】
請求項３記載の積層体を含み、前記シリンダー構造体の細孔に電子放出材料が充填されていることを特徴とする電子放出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノシリンダー構造を有する薄膜の形成方法、ナノシリンダー構造を有する積層体、磁気記録媒体及び電子放出素子に関し、特に、シリンダー配列における規則性を向上するナノシリンダー構造を有する薄膜の形成方法、ナノシリンダー構造を有する積層体、磁気記録媒体及び電子放出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属及び半導体の薄膜、細線、ドットなどでは、ある特徴的な長さにより小さなサイズにおいて、電子の動きを閉じ込めることにより、特異な電気的、光学的、化学的な特性を示すことがある。
【０００３】
このような観点から、機能性材料として、数十ｎｍより微細なサイズ（幅や膜厚など）を持つ構造を有する材料（以降、ナノ構造体）への関心が集まっている。
【０００４】
このナノ構造体は、種々の技術分野で応用されている。
【０００５】
例えば、電子放出素子では電子源の電子放出部に利用され、また、磁気記録媒体では記録層に利用されている。
【０００６】
ナノ構造体の技術をこれらの装置に応用することでより高性能な装置を実現することに貢献している。
【０００７】
このようなナノ構造体には、種々のものがあるが、シリンダー構造のものが近年注目を集めている。
【０００８】
ナノシリンダー構造とは、ほぼ同径のシリンダーがほぼ等間隔で配列している構造のことをいい、これを形成するような系として、ブロックポリマー系や相分離薄膜系、又は陽極酸化アルミナ系が知られている。
【０００９】
相分離薄膜系に関する技術として、特許文献１では、アルミニウムとシリコンの相分離薄膜系において、準安定状態において直径が１０ｎｍ以下の径を形成する製造方法が提案されている。
【００１０】
図８は、従来技術における薄膜形成の過程を模式的に示した斜視図である。
【００１１】
図８において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に膜が形成される。
【００１２】
図８に示すように、従来のナノシリンダー構造を有する薄膜は、単一の過程によって形成される。
【特許文献１】特開２００３−２６６４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１で提案されている従来技術では、ナノシリンダー同士の界面相互作用により、隣接するシリンダー同士に相関が生じ、シリンダー間隔はある程度は均一化すると考えられるが、界面相互作用は短距離力であるため、広範囲にわたり構造の均一化を促すことは難しい。
【００１４】
そのため、ナノシリンダー構造を有する薄膜を電子放出素子に応用する場合、電子放出特性に不均一性が生じ、また磁気記録媒体に応用する場合には、磁気特性に不均一性が生じていた。
【００１５】
そこで、本発明は、相分離した膜であって、少なくとも膜の表面において、一方の物質が面内方向に規則的に並ぶナノシリンダー構造を有する薄膜を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、ナノシリンダー構造を有する薄膜の形成方法において、基板上に、少なくとも表面に規則的なラメラ構造を有する層を形成する工程と、前記表面上にシリンダー構造体を形成する工程と、を備える。
【００１７】
また、本発明は、さらに、前記規則的なラメラ構造を有する層を形成する工程の際に、前記基板を、薄膜形成面と垂直な方向を回転軸として、略９０°回転させることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、ナノシリンダー構造を有する積層体において、基板上に形成された少なくとも表面に規則的なラメラ構造を有する層と、前記表面上に形成されたシリンダー構造体とを備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、相分離した膜において、一方の面内方向により規則的に並ぶナノシリンダー構造を有する薄膜を提供することができる。
【００２０】
図９は、本発明を用いて形成した薄膜の表面と従来技術を用いて形成した薄膜の表面を示す図である。
【００２１】
従来技術を用いて形成した結果が左図であり、本発明を用いて形成した結果が右図である。
【００２２】
本発明により、ディスロケーションが減少し、ナノシリンダーの規則性が向上していることがわかる。
【００２３】
本発明は、材料自身の自己組織化現象を利用することにより、規則性の高いナノシリンダー構造を形成する方法として利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の実施の形態を説明する。
【００２５】
図１は、本発明の概要を説明するための、薄膜の表面を示す平面図である。
【００２６】
表面拡散係数に空間的異方性を持たせて薄膜を形成する（図１（ａ））。
【００２７】
初期の段階においては、トポロジカルな欠陥（ディスロケーションと呼ばれる）である位相特異点が存在するために均一な構造ではない。
【００２８】
単一のディスロケーションは安定に存在しうるが、時間が経過するに従い、互いに移動しあい対消滅する（図１（ｂ））。
【００２９】
結果的に、十分時間が経過した後はディスロケーションが消滅し、均一なラメラ構造が形成される（図１（ｃ））。
【００３０】
このようにして形成した均一なラメラ構造を下地にし、表面拡散係数の空間的異方性を無くした上で、さらに薄膜形成を行うことによって、ラメラ構造を有する薄膜とその上に形成された薄膜の境界がなくなり、規則的なシリンダー構造を有する薄膜を形成する（図１（ｄ））。
【００３１】
図２は、本発明の実施の形態において、ナノシリンダー構造を有する薄膜を形成する際に使用するスパッタリング装置の構成を示す模式図である。
【００３２】
図２に示すように、Ａｒ雰囲気２中にＡｌＳｉターゲット３と対向して置かれた基板１上に、スパッタリングでＡｌＳｉ薄膜４を形成する。
【００３３】
［第１の実施の形態］
図３は、本発明の第１の実施の形態としてのナノシリンダー構造を有する薄膜の形成方法を示すフローチャートであり、図４は、本発明の第１の実施の形態において、ナノシリンダー構造を有する薄膜を形成する際に使用するスパッタリング装置の構成を示す模式図である。
【００３４】
まず、上記したＡｌＳｉターゲット３と膜４を形成する基板１を用意し、図２に示すように配置する。
【００３５】
ここで、アルミニウムとシリコンの混合比は、アルミニウムとシリコンの全量に対して、シリコンを２０〜７０ａｔｏｍｉｃ％の割合で含むものとする。
【００３６】
次いで、ＡｌＳｉターゲット３を使用して、基板１の表面拡散係数に空間的異方性を持たせて相分離薄膜を形成する（ステップＳ０１）。
【００３７】
このとき、基板温度が２００℃以下、圧力が０．２〜１Ｐａ、投入電力が１５０Ｗ〜１０００Ｗの条件下で行う。
【００３８】
また、表面拡散係数に空間的異方性を持たせる方法としては、本実施の形態では、図４に示すように、基板１の傾きをターゲットの基板対向面に対して４５°以上傾ける。特に、６０°以上８０°以下であれば、表面拡散係数が２０％以上の面内異方性を持たせることができる。
【００３９】
薄膜の形成過程において、ディスロケーションの移動と対消滅をする（ステップＳ０２）。
【００４０】
ディスロケーションが十分消滅したか否かを判断し（ステップＳ０３）、十分に消滅したならば（ステップＳ０３／Ｙｅｓ）、規則的なラメラ構造を有する薄膜が形成されていることになる（ステップＳ０４）。
【００４１】
ディスロケーションが十分消滅していなければ（ステップＳ０３／Ｎｏ）、引き続きステップＳ０２の過程を行う（ステップＳ０２）。
【００４２】
規則的なラメラ構造を有する薄膜が形成されているならば、基板１の傾きをターゲットと平行になるようにして、すなわち表面拡散係数をなくした状態にして、相分離薄膜の形成を行う（ステップＳ０５）。
【００４３】
このように、ヘキサゴナル構造を有する薄膜を形成することで、規則的なヘキサゴナル構造を有する薄膜を形成することができる（ステップＳ０６）。
【００４４】
その後、陽極酸化などの方法により、Ａｌを除去し、除去されてできた細孔に磁気物質であるＦｅＰｔなどの材料を充填して、磁気記録媒体が作製できる。
【００４５】
図５は、本実施の形態における薄膜形成の過程を模式的に示した斜視図である。
【００４６】
図５（ａ）に示すように、基板１を用意しその表面にスパッタリングで薄膜を形成し、十分なディスロケーションの移動と対消滅を繰り返すと、図５（ｂ）に示すような規則的なラメラ構造を有する薄膜が形成される。
【００４７】
その上にさらに薄膜を形成することで、図５（ｃ）に示すような、規則的なヘキサゴナル構造を有する薄膜が形成される。
【００４８】
［第２の実施の形態］
図６は、本発明の第２の実施の形態としてのナノシリンダー構造を有する薄膜の形成方法を示すフローチャートであり、図７は、本発明の第２の実施の形態において、ナノシリンダー構造を有する薄膜を形成する際に使用するスパッタリング装置の構成を示す模式図である。
【００４９】
ディスロケーションはラメラ構造と平行な方向にしか移動することができない。したがって、ラメラ構造と垂直な方向に存在する距離の離れたディスロケーション同士は対消滅をすることができない。
【００５０】
そこで、本実施の形態では、薄膜の形成過程において、基板を９０°回転させ、ディスロケーションが移動する方向を９０°回転させる。
【００５１】
まず、第１の実施の形態と同様に、混合比はシリコンが２０〜７０％の割合で含まれるＡｌＳｉターゲットを用意し、図２に示すように配置する。
【００５２】
次いで、表面拡散係数に空間的異方性を持たせて相分離薄膜を形成する（ステップＳ１０１）。
【００５３】
このときのスパッタリング条件は、第１の実施の形態の場合と同様である。基板傾きも同様である。
【００５４】
薄膜の形成過程において、ディスロケーションの移動と対消滅をする（ステップＳ１０２）。
【００５５】
次いで、図７に示すように、基板に対して垂直な軸を回転軸として、９０°回転させる（ステップＳ１０３）。
【００５６】
このときの回転させるタイミングは、製造するものによって異なるので、特に限定されない。
【００５７】
９０°回転させることにより、ディスロケーションが移動する方向が９０°回転し、回転させる前のラメラ構造と垂直な方向に存在するディスロケーションを早く消滅させることが可能となる。
【００５８】
以降の工程は、第１の実施の形態のステップＳ０３以降と同様である。
【００５９】
［実施例］
以下、実施例をあげて、さらに詳細に説明する。
【００６０】
（実施例１）
図３は、本実施例におけるナノシリンダー構造を有する薄膜の形成方法を示すフローチャートであり、図４は、本実施例において、ナノシリンダー構造を有する薄膜を形成する際に使用するスパッタリング装置の構成を示す模式図である。
【００６１】
ガラス基板上に、マグネトロンスパッタ法を用いて、シリコンとアルミニウムの全量に対してシリコンを３７ａｔｏｍｉｃ％含んだアルミニウムシリコン混合膜を約１μｍの厚さに形成した。
【００６２】
ターゲットには、直径が４ｉｎｃｈ（１０１．６ｍｍ）の円形のアルミニウムターゲット上にＳｉチップを６枚おいたものを用いた。
【００６３】
スパッタ条件は、ＲＦ電源を用いて、Ａｒ流量：５０ｓｃｏｍ、放電電力：０．７Ｐａ、投入電力：３００Ｗとした。また、基板温度は室温（２５℃）とし、ターゲットに対する基板の傾きを７５°とした。
【００６４】
なお、ここではターゲットとして、アルミニウムターゲット上にシリコンチップを６枚置いたものを用いたが、シリコンチップの枚数はこれに限定されるものではなく、スパッタリング条件により変化し、アルミニウムシリコン混合膜中のシリコン原子の組成が約３７ａｔｏｍｉｃ％付近になれば良い。
【００６５】
また、ターゲットはアルミニウムターゲット上にシリコンチップを置いたものに限定したものではなく、シリコンターゲット上にアルミニウムチップを置いたものでも良いし、シリコンとアルミニウムを焼結したターゲットを用いても良い。
【００６６】
スパッタは膜の表面を観察しながら行い、ディスロケーションが十分消滅していることを確認でき２００ｎｍのアルミニウムシリコン混合膜を形成されたら、基板のターゲットに対する傾きを元に戻して、引き続きスパッタを行う。
【００６７】
アルミニウムシリコン混合膜が２００ｎｍ形成されたら、陽極酸化装置を用いて、陽極酸化処理を施し、Ａｌを除去し細孔を形成した。
【００６８】
電解液は７ｍｏｌ／ｌに調節した硫酸水溶液を用い、恒温槽により溶液を２０℃に保持し、陽極酸化電圧は５Ｖとした。
【００６９】
この結果、規則的なシリンダー構造を有する膜が形成された。
【００７０】
陽極酸化によってできた細孔にＦｅＰｔなどの磁性材料を充填して、高密度な磁気記録媒体が作製される。
【００７１】
（実施例２）
図６は、本実施例におけるナノシリンダー構造を有する薄膜の形成方法を示すフローチャートであり、図７は、本実施例において、ナノシリンダー構造を有する薄膜を形成する際に使用するスパッタリング装置の構成を示す模式図である。
【００７２】
石英基板上に、マグネトロンスパッタ法を用いて、シリコンをアルミニウムとシリコンの全量に対して３７ａｔｏｍｉｃ％含んだアルミニウムシリコン混合膜を約０．５μｍの厚さに形成した。
【００７３】
ターゲットには、直径が４インチ（１０１．６ｍｍ）の円形のアルミニウムターゲット上にシリコンチップを６枚おいたものを用いた。
【００７４】
スパッタ条件は、ＲＦ電源を用いて、Ａｒ流量：５０ｓｃｃｍ、放電圧力：０．７Ｐａ、投入電力：３００Ｗとした。また、基板温度は室温（２５℃）とした。ターゲットに対する基板の傾きを７５°とした。
【００７５】
スパッタは膜の表面を観察しながら行い、ディスロケーションが消滅していることを確認でき０．５μｍのラメラ構造を有する層を形成されたら、基板の傾きを元に戻して引き続きスパッタを行う。
【００７６】
このとき、適当なタイミングで基板を９０°回転させ、ラメラ構造と垂直な方向に存在する距離の離れたディスロケーション同士が対消滅をできるようにする。
【００７７】
その後、陽極酸化装置を用いて、陽極酸化処理を施し、細孔を形成した。
【００７８】
電解液は７ｍｏｌ／ｌに調節した硫酸水溶液を用い、恒温槽により溶液を１０℃に保持し、陽極酸化電圧は５Ｖとした。
【００７９】
この結果、規則的なシリンダー構造を有する膜が形成された。
【００８０】
陽極酸化によってできた細孔にＦｅＰｔなどの磁性材料を充填して、高密度な磁気記録媒体が作製される。
【００８１】
上記の実施例では、磁気記録媒体を作製する例を示したが、これ以外には細孔に電子放出物質を充填することで電子放出素子を作製することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、ナノシリンダー構造を有する薄膜が設けられるものに利用可能であり、電子放出素子や磁気記録媒体に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の概要を説明するための、薄膜の表面を示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態において、ナノシリンダー構造を有する薄膜を形成する際に使用するスパッタリング装置の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態としてのナノシリンダー構造を有する薄膜の形成方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施の形態において、ナノシリンダー構造を有する薄膜を形成する際に使用するスパッタリング装置の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における薄膜形成の過程を模式的に示した斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態としてのナノシリンダー構造を有する薄膜の形成方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施の形態において、ナノシリンダー構造を有する薄膜を形成する際に使用するスパッタリング装置の構成を示す模式図である。
【図８】従来技術における薄膜形成の過程を模式的に示した斜視図である
【図９】本発明を用いて形成した薄膜の表面と従来技術を用いて形成した薄膜の表面を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  基板
２  Ａｒ
３  ターゲット
４  ＡｌＳｉ薄膜
【図１】
2006326743.tif 000003
【図２】
2006326743.tif 000004
【図３】
2006326743.tif 000005
【図４】
2006326743.tif 000006
【図５】
2006326743.tif 000007
【図６】
2006326743.tif 000008
【図７】
2006326743.tif 000009
【図８】
2006326743.tif 000010
【図９】
2006326743.tif 000011