(57)【要約】【課題】基体上への微粒子の配列を高速に、低コストで行うことを可能とする微粒子配列方法及び微粒子配列装置を提供すること。【解決手段】基体表面を第１の極性に帯電させる工程、前記基体表面に、基体と異なる誘電率を有する材質からなり、所定のパターンを有するスタンプ部材のパターン面を押圧した後離間させ、前記基体表面の前記スタンプのパターン面が接触した部分に第２の極性の電荷を蓄積する工程、及び第１又は第２の極性に帯電された微粒子を前記基体表面に供給し、前記基体表面の、前記微粒子とは反対の極性の電荷が蓄積された部分に前記微粒子を付着させる工程を具備することを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体表面を第１の極性に帯電させる工程、前記基体表面に、基体と異なる誘電率を有する材質からなり、所定のパターンを有するスタンプ部材のパターン面を押圧した後離間させ、前記基体表面の前記スタンプのパターン面が接触した部分に第２の極性の電荷を蓄積する工程、及び第１又は第２の極性に帯電された微粒子を前記基体表面に供給し、前記基体表面の、前記微粒子とは反対の極性の電荷が蓄積された部分に前記微粒子を付着させる工程を具備することを特徴とする微粒子配列方法。
【請求項２】
前記スタンプ部材は、４０以上〜７０以下のデュロメーター硬度を有することを特徴とする請求項１に記載の微粒子配列方法。
【請求項３】
前記スタンプ部材は、疎水性物質からなることを特徴とする請求項１に記載の微粒子配列方法。
【請求項４】
基体表面を第１の極性に帯電させる工程、前記基体表面に、基体と異なる誘電率を有する材質からなり、所定のパターンを有するスタンプ部材のパターン面を押圧した後離間させ、前記基体表面の前記スタンプのパターン面が接触した部分に第２の極性の電荷を蓄積する工程、第２の極性に帯電された、熱処理により磁化され得る微粒子を前記基体表面に供給し、前記基体表面の前記第１の極性の電荷が蓄積された部分に前記微粒子を付着させる工程、及び前記微粒子が付着した前記基体を加熱して、前記微粒子を前記基体表面に固定するとともに、前記微粒子を磁化する工程を具備する磁気記録媒体の製造方法。
【請求項５】
基体表面を第１の極性に帯電させる手段、前記基体と異なる誘電率を有する材質からなり、所定のパターンを有するスタンプ部材、前記スタンプ部材のパターン面を押圧した後離間させ、前記基体表面に、前記基体表面の前記スタンプのパターン面が接触した部分に第２の極性の電荷を蓄積する手段、及び第１又は第２の極性に帯電された微粒子を前記基体表面に供給し、前記基体表面の、前記微粒子とは反対の極性の電荷が蓄積された部分に前記微粒子を付着させる手段を具備することを特徴とする微粒子配列装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微粒子の配列方法、微粒子の配列装置、及び磁気記録媒体の製造方法に係り、特に、ナノメートルサイズの微粒子を効率良く配列する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノメートルサイズの微粒子（以下、ナノ粒子とする。）は、その応用に際しては、通常、基体上に薄膜として形成され、種々の素子を形成する。例えば、磁性媒体、超稠密電池電極、ディスプレイ等に適用可能であるが、それらの素子を形成する場合、ナノ粒子の配列を制御することが必要である。しかし、ナノ粒子は、量子サイズ効果など、通常の粒子には見られない挙動を示し、配列を制御することは容易ではない。
【０００３】
従来、基体上にナノ粒子を所定の位置に配列する方法として、微小な針（プローブ）を用いて基体上にパターンを形成する方法（プローブ法）が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
このプローブ法は、次のような工程を経て行われる。  
即ち、まず、微小なプローブを基体に近づけ、プローブを通して基体に負の電荷を注入して所定のパターンを描き、パターンに沿った電荷蓄積パターンを形成する。次いで、正に帯電させたナノ粒子を基体上に供給する。その結果、正に帯電したナノ粒子が負の電荷蓄積パターンに静電気力により付着し、基体上にナノ粒子パターンが形成される。最後に、ヒーターにより基体を加熱して、ナノ粒子パターンを基体表面に固定する。
【非特許文献１】APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 78, NUMBER 23, p.3708-p.3710
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、従来、基体上にナノ粒子を所定の位置に配列する方法として、微小な針を用いてパターン状にナノ粒子を配列するプローブ法が知られている。しかし、このプローブ法は、パターン状にナノ粒子を配列するのに時間がかかる、針の寸法に限界があるため、微細なパターンの形成が困難である等の問題があった。その結果、ナノ粒子を配列した基体の製造コストが高いという欠点がある。
【０００６】
本発明は、以上の事情の下になされ、基体上への微粒子の配列を高速に、低コストで行うことを可能とする微粒子の配列方法、微粒子の配列装置、及び磁気記録媒体の製造方法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】
【０００７】
上記課題を解決するため，本発明は、基体表面を第１の極性に帯電させる工程、前記基体表面に、基体と異なる誘電率を有する材質からなり、所定のパターンを有するスタンプ部材のパターン面を押圧した後離間させ、前記基体表面の前記スタンプのパターン面が接触した部分に第２の極性の電荷を蓄積する工程、及び第１又は第２の極性に帯電された微粒子を前記基体表面に供給し、前記基体表面の、前記微粒子とは反対の極性の電荷が蓄積された部分に前記微粒子を付着させる工程を具備することを特徴とする微粒子配列方法を提供する。
【０００８】
また、本発明は、基体表面を第１の極性に帯電させる工程、前記基体表面に、基体と異なる誘電率を有する材質からなり、所定のパターンを有するスタンプ部材のパターン面を押圧した後離間させ、前記基体表面の前記スタンプのパターン面が接触した部分に第２の極性の電荷を蓄積する工程、第１の極性に帯電された、熱処理により磁化され得る微粒子を前記基体表面に供給し、前記基体表面の前記第２の極性の電荷が蓄積された部分に前記微粒子を付着させる工程、及び前記微粒子が付着した前記基体を加熱して、前記微粒子を前記基体表面に固定するとともに、前記微粒子を磁化する工程を具備する磁気記録媒体の製造方法を提供する。
【０００９】
更に、本発明は、基体表面を第１の極性に帯電させる手段、前記基体と異なる誘電率を有する材質からなり、所定のパターンを有するスタンプ部材、前記スタンプ部材のパターン面を押圧した後離間させ、前記基体表面に、前記基体表面の前記スタンプのパターン面が接触した部分に第２の極性の電荷を蓄積する手段、及び第１又は第２の極性に帯電された微粒子を前記基体表面に供給し、前記基体表面の、前記微粒子とは反対の極性の電荷が蓄積された部分に前記微粒子を付着させる手段を具備することを特徴とする微粒子配列装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の微粒子配列方法及び装置によると、スタンプ部材を用いることにより、基体の表面に連続して容易に微粒子を配列することが出来るため、従来のプローブ法を用いた場合に比べ、はるかに高速で、微粒子の配列を行うことが可能である。また、本発明の磁気記録媒体の製造方法によると、高速で低コストで磁気記録媒体を製造することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１２】
本発明に係る微粒子配列方法及び装置は、基体表面を第１の極性に帯電した基体表面にスタンプ部材を押圧した後離間させることにより、基体表面に第２の極性の電荷を蓄積し、これに第１の電荷に帯電された微粒子を付着させることを特徴とする。
【００１３】
スタンプ部材を基体表面に押圧し、離間することにより基体表面に第２の極性の電荷を蓄積するのは、基体とスタンプ部材のフェルミ準位が相違し、押圧によりスタンプ部材のパターン面の頂部が圧縮変形し、その際の摩擦により電荷が発生し、スタンプ部材を基体表面から離したときに、電荷がスタンプ部材に移動するためである。
【００１４】
従って、スタンプ部材は、基体との摩擦により電荷を発生し、基体表面を帯電させるような材質のもの、即ち、誘電率が基体と異なるものであることが必要である。例えば、基体の誘電率が２より大であるのに対し、スタンプ部材の誘電率が２以下であることが望ましい。
【００１５】
基体表面への押圧により圧縮変形するためには、スタンプ部材は、４０以上〜７０以下のデュロメーター硬度を有するものであることが望ましい。また、基体との摩擦により効果的に電荷を発生するためには、スタンプ部材は、疎水性物質からなるものが望ましい。
【００１６】
以上の要件を満たす、スタンプ部材の好ましい材質として、シリコンゴムを挙げることが出来る。
【００１７】
また、基体の材質は、スタンプ部材との摩擦により電荷を発生するものであればよいが、表面に電荷が蓄積されるためには、絶縁体又は半導体であることが望ましい。好ましく使用される基体として、酸化シリコン、窒化シリコン、樹脂等を挙げることが出来、これらは、基板上に形成された薄膜であっても、バルク材であってもよい。
【００１８】
スタンプ部材のパターンは、その用途に応じて任意に選択することが出来るが、その凸部の中央部が周辺部よりも高く突出している形状とすることが出来る。このようなパターンによると、基体表面に微細な電荷パターンを形成することが出来、その結果、微粒子をより微細なパターン状に配列することが可能である。
【００１９】
また、それとは逆に、凸部の周辺部が中央部よりも高く突出している形状とすることが出来る。このようなパターンによると、基体表面に明確な輪郭の電荷パターンを形成することが出来、その結果、微粒子をより明確な輪郭をもったパターン状に配列することが可能である。
【００２０】
基体表面に配列される微粒子としては、ナノメートルサイズ、例えば１〜１０ｎｍの粒径の、いわゆるナノ粒子と呼ばれるものを使用することが出来る。そのようなものとして、Ｓｉ、ＣｄＳｅ、ＴｉＯ２などの半導体粒子やＦｅＰｔ、ＣｏＰｔなどの磁性粒子、さらにそれらを中心核（コア）としてその上に異なる種類の薄膜（ＳｉＯ２、ＺｎＳ、Ｎｂ２Ｏ５、炭素など）をシェルとしてコーティングしたコアシェル粒子などを挙げることが出来る。
【００２１】
微粒子としてＦｅＰｔ、ＣｏＰｔなどの、熱処理により磁化され得る磁性粒子を用いた場合には、磁気記録媒体用基板上に磁性粒子を配列させた後、熱処理することにより、磁性粒子を所定のパターンで基板上に固定するとともに、磁性粒子を磁化させることが出来、それによって磁気記録媒体を製造することが出来る。
【００２２】
以下、本発明の具体的実施例について、図面に基づいて説明する。ただし以下に示す実施例は、本発明を例示するものであって，本発明を何ら限定するものではない。
【００２３】
図１は、本発明の一実施例に係る微粒子配列方法を工程順に示す図である。図１（ａ）に示すように、まず基板１上に形成されたシリコン酸化膜２の表面を所定の電荷量まで負に帯電させた。帯電は、シリコン酸化膜２の表面に近接してコロナ放電器３を配置し、コロナ放電により発生する負イオンや電子を基板表面に供給することにより行った。これにより、酸化膜２の表面に−１０〜−１０００Ｖ程度の表面電位が与えられた。
【００２４】
次いで、図１（ｂ）に示すように、シリコンゴムからなるスタンプ部材４のパターン面をシリコン酸化膜２の表面に押印した。押印圧力は、１０〜１０００ｇ／ｃｍ２であるのが好ましい。シリコン酸化膜とスタンプ部材４との接触領域では、ゴムとシリコン酸化膜とのフェルミ準位の相違や、スタンプ部材４のパターン頂部の変形によるシリコン酸化膜２との摩擦により、スタンプ部材４を酸化膜２から離したときに、電子がスタンプ部材４に移動した。これにより、シリコン酸化膜２の接触面は正に帯電し、正の帯電パターンの帯電領域５が形成された。この正の帯電領域５の表面電位は、＋１０〜１０００Ｖ程度となった。
【００２５】
なお、この場合、コロナ放電器により先に負に帯電した領域から、スタンプ部材４の押印により正に帯電した領域に電子が移動した。これにより、所定時間経過すると、帯電領域５の帯電パターンは、スタンプ部材４を酸化膜２から離した直後の帯電パターンよりも狭くなった。そのため、スタンプ部材４のパターンよりも、更に微細な帯電パターンの正の帯電領域５を得ることが出来た。例えば、０．１μｍのサイズの正の帯電領域５の帯電パターンは、２０秒後に０．０５μｍのサイズとなった。
【００２６】
次に、正の帯電領域５上に、負に帯電した微粒子を供給して微粒子をパターン状に付着させるが、正の帯電領域５をそのまま長時間放置すると、正の帯電領域５は周囲の負に帯電した領域から流れ込む電子の働きにより消失してしまう。そのため、本実施例の場合、スタンプ部材４の押印、離間後、１０〜６０秒間の間に帯電微粒子の供給を行った。
【００２７】
帯電微粒子の供給は、窒素、アルゴン、ヘリウム、水素、酸素等、又はそれらの混合ガス等のガスの気流により行った。即ち、まず微粒子をコロナ放電器（図示せず）に供給し、負に帯電させた。気流の流速は１ｃｍ／分〜１０ｃｍ／分、コロナ放電器の電圧は２０ｋＶとした。
【００２８】
微粒子の帯電は、微粒子がコロナ放電器を通過する際に放電器から発生する負イオン、電子と衝突することにより行われた。図１（ｅ）に示すように、この負に帯電した微粒子６を気流にのせた状態で、基板１上に供給した。供給された負に帯電した微粒子６は、シリコン酸化膜２表面の正の帯電領域５（スタンプ部材４の押印後、所定時間経過し、サイズが狭められた領域）に静電気力により付着した。
【００２９】
その後、付着した微粒子を保持した基板１を加熱した。加熱温度は５００〜８００℃とした。これにより、図２に示すように、微粒子はシリコン酸化膜２に固定化され、微粒子パターン７が形成された。
【００３０】
以上説明した例では、基体として、基板上に形成した酸化シリコン膜を用いたが、酸化シリコンのバルク材でもよく、また酸化シリコンに限らず、窒化物や樹脂などの膜又はバルク材を用いても同様の効果を得ることが出来る。
【００３１】
また、酸化シリコン膜表面への電荷蓄積の過程において、酸化シリコン膜に堆積する微粒子の正の電荷量と酸化シリコン膜への電荷蓄積量が等しくなるような押圧時間を設定すれば、微粒子の堆積を一層だけに留めることが可能である。この方法によれば、上記の過程を繰り返す回数により、微粒子の堆積層数を制御することが可能である。
【００３２】
以上、図１及び図２を参照して説明した微粒子配列方法によると、スタンプ部材４を用いることにより、基体１の表面に連続して容易に微粒子７を配列することが出来るため、従来の方法を用いた場合に比べ、１０倍以上の高速で微粒子の配列を行うことが可能であった。その結果、１時間当りの処理量を１０倍以上とすることが出来、製造コストを１／１０以下にすることが出来た。
【００３３】
図３に本発明の他の実施例に用いる基板を示す。この基板１上には、粒子配列を行ないたい領域のみあらかじめ酸化シリコン膜２を形成した。そして、酸化シリコン膜２にのみ負の電荷を蓄積させ、所定のパターンの正の帯電領域を形成し、負に帯電した微粒子を堆積させたが、その手順は上述の実施例と同様である。
【００３４】
基体表面に所定のパターンの正の帯電領域を形成する方法は、上述したシリコンゴムスタンプ部材４の接触・離間により帯電する方法には限定されない。例えば、ゴムスタンプで高分子インクを基体にパターン状に付着させた後、高分子インクパターンを放電により帯電させてもよい。
【００３５】
図４は、以上説明した微粒子の配列方法を連続して行うための微粒子配列装置を示す。図４に示す装置では、左側から順に、基体搬入室１１、基体帯電室１２、スタンプ押印室１３、微粒子供給室１４、及び基体取出し室１５が、配置されている。各室間には、ベルトコンベア等の基体搬送装置１６が設けられていて、各室間を基体１０が搬送される。基体搬送装置１６は、基体搬入室１１の入口及び基体取出し室１５の出口にも配置されている。
【００３６】
基体帯電室１２内には帯電器、例えばコロナ放電器１７が配置されている。また、スタンプ押印室１３内には、所定のパターンを有するスタンプ部材１８が配置されている。
【００３７】
微粒子供給室１４内には、微粒子供給器１９及びコロナ放電器２０が配置されているとともに、微粒子２１が堆積された基体を加熱するためのヒーター２２が設けられ、また微粒子供給室１４内を排気するための排気装置２３が取り付けられている。
【００３８】
以下、図４に示す微粒子配列装置を用いて基体上に微粒子を配列する手順について説明する。
【００３９】
まず、未処理基体が基体搬送装置１６により基体搬入室１１内に搬入され、そこに収容される。次いで、基体は基体搬送装置１６により基体帯電室１２内に搬入され、そこでコロナ放電器１７により表面が例えば負の電荷に帯電される。次に、表面が負に帯電された基体は、基体搬送装置１６によりスタンプ押印室１３内に搬入される。
【００４０】
上述したように、スタンプ押印室１３内には、所定のパターンを有するスタンプ部材１８が配置されていて、スタンプ部材１８は、図示しない昇降手段により、パターン面を下に向けた状態で下降して、基体１０の上面と接触するに至る。次いで、所定期間押圧した後、上昇して基体表面から離れることにより、発生した負の電荷がスタンプ部材１８に移動し、正の電荷が基体表面に移動して、基体表面に正の帯電パターンが形成される。
【００４１】
次に、表面に正の帯電パターンが形成され基体１０は、基体搬送装置１６により微粒子供給室１４内に搬入される。微粒子供給室１４内では、微粒子供給器１９から供給された微粒子２１が、コロナ放電器２０により負に帯電されるとともに、排気装置２３の作動により生じた気流により基体１０に供給される。負に帯電された微粒子２１は基体１０表面の正の帯電パターンに付着して、パターン状に堆積する。微粒子２１がパターン状に堆積した基体１０は、そのまま微粒子供給室１４内において、ヒーター２２により加熱され、それによって、微粒子２１は基体１０の表面に固定される。
【００４２】
その後、微粒子２１が表面にパターン状に配列された基体１０は、基体搬送装置１６により基体取出し室１５を経て取出される。
【００４３】
以上説明した図４に示す微粒子配列装置によると、スタンプ１７を用いることにより、基体１０の表面に連続して微粒子２１を配列することが出来るため、従来の装置を用いた場合に比べ、はるかに高速で、その結果、低コストで、微粒子の配列を行うことが可能である。
【００４４】
以上説明した例では、基体１０の表面の正の帯電パターンに負に帯電された微粒子を堆積したが、本発明はこれに限らず、基体１０の表面の負に帯電された領域に正に帯電された微粒子を堆積することも可能である。即ち、基体１０の表面の広い領域に微粒子をパターン状に配列することが可能である。以下、そのような例について、図５を参照して説明する。
【００４５】
図５（ａ）〜（ｄ）に示す工程は、図１（ａ）〜（ｄ）に示す工程と同様の工程であり、その説明は省略する。即ち、図５（ｄ）に示すように、スタンプ部材４を酸化膜２から離したときに、電子がスタンプ部材４に移動して、シリコン酸化膜２の接触面は正に帯電し、正の帯電パターンの帯電領域５が形成され、それ以外の領域２は、負の帯電領域のままである。
【００４６】
次に、負の帯電領域２上に、正に帯電した微粒子を供給して微粒子をパターン状に付着させるが、正の帯電領域５をそのまま長時間放置すると、正の帯電領域５は周囲の負に帯電した領域２から流れ込む電子の働きにより消失してしまい、負の帯電領域２のみとなってしまう。そのため、本実施例の場合、スタンプ部材４の押印、離間後、１０〜６０秒間の間に帯電微粒子の供給を行った。
【００４７】
帯電微粒子の供給は、窒素、アルゴン、ヘリウム、水素、酸素等、又はそれらの混合ガス等の１ｃｍ／分〜１０ｃｍ／分のガス気流により行った。即ち、まず微粒子を正に帯電させた。微粒子の帯電は、コロナ放電器により行われた。図５（ｅ）に示すように、この正に帯電した微粒子８を気流にのせた状態で、基板１上に供給した。供給された正に帯電した微粒子８は、シリコン酸化膜２表面の負の帯電領域２（スタンプ部材４の押印後、所定時間経過し、サイズが広がられた領域）に静電気力により付着した。
【００４８】
その後、付着した微粒子を保持した基板１を加熱した。加熱温度は５００〜８００℃とした。これにより、微粒子はシリコン酸化膜２に固定化され、微粒子パターンが形成された。
【００４９】
以上、図５を参照して説明した微粒子配列方法によると、スタンプ部材４を用いることにより、基体１の表面に連続して容易に微粒子を配列することが出来るため、従来の方法を用いた場合に比べ、１０倍以上の高速で微粒子の配列を行うことが可能であった。その結果、１時間当りの処理量を１０倍以上とすることが出来、製造コストを１／１０以下にすることが出来た。
【００５０】
以上説明した図５に示す製造工程により、磁気記録媒体を作製することができる。以下、図５に示す製造工程に従って、磁気記録媒体を作製する方法について説明する。
【００５１】
即ち、基板としてガラス基板、アクリル樹脂基板等のような円盤状の絶縁性基板を用い、図５（ａ）〜（ｄ）に示す工程に従って、負に帯電した広い領域２と正に帯電した狭い領域５とを同心円状に形成した。次いで、微粒子として熱処理により磁性をあらわす金属、たとえばＦｅＰｔからなる微粒子を正に帯電させ、これを図５（ｅ）に示すように絶縁性基板に供給し、負に帯電した広い領域２に付着させた。
【００５２】
次に、微粒子が付着した基板表面に、シリコン酸化膜やカーボン膜のような保護膜をＣＶＤにより堆積し、微粒子が付着していない間隙を保護膜で埋めた。その後、これを６５０℃で熱処理することにより、微粒子を基板に固定するとともに、微粒子を磁化し、磁性膜とした。
【００５３】
その結果、図６に示すような、円盤状基板１の表面に、磁化された微粒子８が所定位置に配列したパターンを有する磁性膜９が形成された磁気記録媒体を得ることが出来た。
【００５４】
このような磁気記録媒体の作製方法によると、スタンプ部材４を用いることにより、基体の表面に連続して容易に微粒子を配列することが出来るため、従来の方法を用いた場合に比べ、高速で磁性膜を形成することが可能であり、その結果、製造コストを大幅に下げることが出来た。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施例に係る微粒子配列方法を工程順に示す断面図。
【図２】本発明の一実施例に係る微粒子配列方法により製造された微粒子配列基板を示す平面図。
【図３】本発明の他の実施例に係る微粒子配列方法を説明する斜視図。
【図４】本発明の一実施例に係る微粒子配列方法を実施する装置を示す図。
【図５】本発明の他の実施例に係る微粒子配列方法を工程順に示す断面図。
【図６】図５に示す方法により作成された磁気記録媒体を示す図。
【符号の説明】
【００５６】
１，１０・・・基板、２・・・シリコン酸化膜、３・・・コロナ放電器、４・・・スタンプ部材、５・・・帯電領域、６，８・・・微粒子、７・・・微粒子パターン、９・・・磁性膜、１１・・・基体搬入室、１２・・・基体帯電室、１３・・・スタンプ押印室、１４・・・微粒子供給室、１５・・・基体取出し室、１６・・・基体搬送装置、１７・・・コロナ放電器、１８・・・スタンプ部材、１９・・・微粒子供給器、２０・・・コロナ放電器、２１・・・微粒子、２２・・・ヒーター、２３・・・排気装置。
【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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