JP2005052956A - ナノ構造体、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２０ｎｍ以下のナノメータサイズのドットやワイヤの構造体や製法を提供する。
【解決手段】 基板又は下地層を有する基板上に形成されたナノ構造体であって、柱状の第１の部材と前記第１の部材を取り囲むように形成した第２の部材を備え、前記第２の部材が共晶を形成し得る２種類以上の材料を含有し、且つ前記材料の１種類が半導体材料であり、前記第１の部材の基板からの高さが、第２の部材の基板からの高さよりも高いことを特徴とする構造体を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、量子デバイス、ナノインプリント用モールドとして用いられるナノ構造体及びその製造方法、また、磁気記録媒体に関する。

金属及び半導体の薄膜、細線、ドットなどでは、ある特徴的な長さより小さいサイズにおいて、電子の動きが閉じ込められることにより、特異な電気的、光学的、化学的性質を示すことがある。このような観点から、機能性材料として、１００ナノメータ（ｎｍ）より微細な構造を有する材料（ナノ構造体）への関心が高まっている。

ナノ構造体の製造方法としては、例えば、フォトリソグラフィを始め、電子線露光、Ｘ線露光等の微細パターン描画技術を始めとする半導体加工技術による作製が挙げられる。

また、このような作製法のほかに、自然に形成される規則的な構造、すなわち、自己組織的に形成される構造をベースに、新規なナノ構造体を実現しようとする試みがある。これらの手法は、ベースとして用いる微細構造によっては、従来の方法を上まわる微細で特殊な構造を作製できる可能性があるため、多くの研究が行われ始めている。

自己組織的に形成される特異な構造、特に試料表面から垂直方向に細孔が得られる例としては、陽極酸化アルミナ皮膜が挙げられる（例えば下記非特許文献１等参照）。Ａｌ板を酸性電解液中で陽極酸化すると、多孔質酸化皮膜が形成される。この多孔質酸化皮膜の特徴は、直径（２ｒ）が数ｎｍ〜数１００ｎｍの極めて微細な細孔（円柱状ナノホール）が、数１０ｎｍ〜数１００ｎｍの間隔（２Ｒ）で平行に配列するという特異的な幾何学的構造を有することにある。この円柱状の細孔は、高いアスペクト比を有し、断面の径の一様性にも優れている。またこの細孔の直径２ｒ及び間隔２Ｒは、陽極酸化の際の電流、電圧を調整することによりある程度の制御が可能である。

また、シリコンの陽極化成では、マクロ的に見た場合、細孔は膜面に対して垂直に形成されているが、より詳細に観察すると、ランダム又は樹状に細孔を伸ばした構造となっているため、細孔の形状が一定でなくなり、単電子メモリ、単電子トランジスタなどの量子効果デバイスに適応する際に不都合が生じる(下記非特許文献２参照)。

一方、近年の情報処理の飛躍的な増大に伴って、磁気ディスク装置などの情報記録技術も大幅な大容量化が求められている。特にハードディスクにおいては現在単位面積当たりの記録情報量が年率６０％を超える勢いで増加している。今後も情報記録量の増大が望まれており、また携帯用などの記録装置としても小型化、高密度化が望まれている。

従来利用されてきたハードディスク用磁気記録媒体は水平磁気記録方式であり、磁化はディスク表面に平行に記録されている。この水平磁気記録方式では高密度化に伴い磁区内の反磁界を抑え、且つ磁化状態を検出させるため媒体上方に磁界を出すために磁気記録層を薄くしていく必要がある。そのため磁性微粒子1つ当たりの体積が極度に小さくなり、超常磁性効果が発生し易い傾向にある。すなわち磁化方向を安定させているエネルギが熱エネルギより小さくなり、記録された磁化が時間とともに変化し、記録を消してしまうことが起こる。このため近年では水平磁気記録に代わって記録層の膜厚を大きくとれる垂直磁気記録方式へ移行する研究が盛んに行われている。

垂直磁気記録媒体においては、磁性粒子を均一に小さくすること、特に１０ｎｍ以下、望ましくは４〜８ｎｍの粒径を有する磁性粒子を薄い隔壁を介して均一に基板上に分散させることが重要となっている。また、結晶磁気異方性の作用を持たせる為に、特定の結晶軸を基板垂直方向に向ける努力もなされている。磁化は基板面に垂直方向を向くようになる。例としてＣｏＰｔ，ＦｅＰｔ，ＦｅＰｄなどのＬ１₀規則合金をグラニュラ化し、磁性粒子の微細化に伴う超常磁性効果に耐えうる媒体も提案されている(下記特許文献１参照)。ここでＬ１₀規則合金とは、例えばＣｏとＰｔが[１００]面に交互に並んだ構造をしており、結晶磁気異方性は積層と垂直方向に強くなっているものである。
特開２００１−２７３６２２号公報 R.C.Furneaux,W.R.Rigby & A.P.Davidson NATURE Vol.337 p.147(1989) M.I.J.Be Al e,N.G.Chew,M.J.Uren,A.G.Cullis,J.D.Benjamin:Appl.Phys.Lett.46,86（1985）

上記従来技術において、Ａｌなどの２０ｎｍ以下のドットやワイヤを作製するのは困難であった。リソグラフィ技術を用いても、直径１０ｎｍ以下の微細な突起状柱状構造体を、均一に高密度に形成することは非常に困難であった。

本発明は、ナノメータサイズのドットやワイヤの構造体や製法を提供するものである。また、この構造体を利用したモールドや磁気記録媒体を提供するものである。

上述の課題を解決するため、本発明は、基板又は下地層を有する基板上に形成されたナノ構造体であって、柱状の第１の部材と前記第１の部材を取り囲むように形成した第２の部材を備え、前記第２の部材が共晶を形成し得る２種類以上の材料を含有し、且つ前記材料の１種類が半導体材料であり、前記第１の部材が前記第２の部材よりも突出していることを特徴とする構造体を提供することにある。

また、本発明は基板又は下地層を有する基板の上に、柱状の第１の部材と前記第１の部材を取り囲むように形成した第２の部材とを備え、前記第２の部材が共晶を形成し得る２種類以上の材料を含有した構造体を形成する工程と、前記第１の部材を除去し、孔を形成する工程と、前記孔中に金属及び合金を含有する材料を充填する工程と、前記第２の部材を一部又は全部除去する工程とを備えることを特徴とするナノ構造体の製造方法を提供することにある。

本発明は、Ａｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）の構造体をエッチングにより加工してＡｌを主成分とした柱状構造体を形成することにより、Ａｌのナノドットやナノワイヤを形成可能である。このようなナノ構造体は電子デバイスとして利用できるばかりでなく、上部に磁性膜を形成することにより磁気記録媒体として利用可能であり、磁気記録再生装置、情報処理装置も駆動可能である。また従来困難とされてきたナノサイズの構造体が比較的簡単に得られ、表面にＮｉ等の硬質材料を成膜することによりモールドとしても利用可能である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

＜ナノ構造体の構成＞
図１は、本発明の実施形態におけるナノ構造体の一例を示す模式図である。

図１（ａ）はＡｌを主成分とする柱状構造体が円柱状の場合であり、図１（ｂ）は突出部が円錐状の場合である。図１において、１はＡｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）ナノ構造体であり、１１はＡｌを主成分とする柱状構造体、１２は柱状構造体１１を取り囲む（Ｓｉ，Ｇｅ）を主成分とするマトリックス領域であり、１３は基板、１４は柱状構造埋め込み部、１５は柱状構造突出部、１６は変形柱状構造突出部である。

基板１３上に形成された本発明の構造体において、Ａｌ突出部を除いた部分の膜状のＡｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）ナノ構造体１は、その全量に対するＳｉとＧｅの合計の割合が２０ａｔｏｍｉｃ％以上７０ａｔｏｍｉｃ％以下。好ましくは、２５ａｔｏｍｉｃ％以上６５ａｔｏｍｉｃ％以下、更に好ましくは３０ａｔｏｍｉｃ％以上６０ａｔｏｍｉｃ％以下である。なお、Ｓｉ＋Ｇｅの割合が上記範囲内であれば、マトリックス領域１２内に柱状構造体１１が分散したＡｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）混合膜が得られる。

上記割合（ａｔｏｍｉｃ％）とは、原子量比率であり、例えば誘導結合型プラズマ発光分析法でＡｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）混合膜中のＳｉ、ＧｅとＡｌの量を定量分析したときの値である。ｗｔ％を単位として用いる場合には、例えば、２０ａｔｏｍｉｃ％以上７０ａｔｏｍｉｃ％以下とは２０．６５ｗｔ％以上７０．８４ｗｔ％以下となる（Ａｌの原子量を２６．９８２、Ｓｉの原子量を２８．０８６として換算している）。

なお、ＳｉとＡｌとＧｅの全量に対するＳｉとＧｅの総量の割合とは、モル比で（Ｓｉ＋Ｇｅ）／（Ｓｉ＋Ｇｅ＋Ａｌ）×１００で表される値のことである。つまり、Ｓｉ＋Ｇｅ＋Ａｌを１００ａｔｏｍｉｃ％としたときに、その中のＳｉ＋Ｇｅの割合である。

柱状構造体１１の組成は、Ａｌを主成分とするが、柱状構造の微細構造体が得られていれば、Ｓｉ、Ｇｅ、酸素、アルゴン、窒素、水素などの他の元素を含有していてもよい。

また、柱状構造体の周囲を取り囲んでいる（Ｓｉ，Ｇｅ）領域部の組成は、ＳｉやＧｅを主成分とするが、Ａｌを主成分とする柱状構造体の周囲を囲んでさえいれば、Ａｌ、酸素、アルゴン、窒素、水素などの各種の元素を含有してもよい。

なお、マトリックス領域１２は、非晶質、あるいは微（多）結晶を用いることができる。但し、前記マトリックス領域１２が非晶質（Ｓｉ，Ｇｅ）である方が絶縁性という観点からは好ましい。その理由は、非晶質（Ｓｉ，Ｇｅ）とすることで結晶質Ｓｉ、Ｇｅに比べて、バンドギャップが増加し、柱状構造体を隔てる母体材料の電気的な絶縁性が向上するからである。また、絶縁性や耐薬品性を考慮するとマトリックス領域はＳｉ又はＡｌを含んだＳｉであることが有効である。

なお、ここで用いている混合体とは、マトリックス領域とその中に柱状構造体が成長している状態を示している。

Ａｌを含む柱状構造体１１は、膜上面から見たその平面形状は円形、あるいは楕円形である。もちろん、マトリックス１２に前記柱状構造体１１が適度に分散していれば、任意の形状であってもよい。

本発明に係るナノ構造体における柱状構造体１１の径としては、径が２０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以下、更に好ましくは８ｎｍ以下であるのがよい。なお、楕円等の場合は、最も長い外径部が、上記範囲内であればよい。

また、柱状構造体１１の平均直径は（Ｓｉ，Ｇｅ）の総量が大きいほど小さくなる傾向があり、また（Ｓｉ，Ｇｅ）の総量が同じ場合にはＳｉの比率が大きい方が微細な柱状構造体となる。したがって、（Ｓｉ，Ｇｅ）の総量、又はマトリックス領域にＳｉとＧｅの混合物を用いる場合にはＳｉの比率を制御することで柱状構造体の直径を制御可能である。

ところで、ナノメートルサイズのナノ構造体（概ねサブｎｍ〜１００ｎｍの範囲）においては、ある特徴的な長さ（平均自由行程等）より小さいサイズとなることで、特異な電気的、光学的、化学的性質を示すことがある。このような観点から、機能性材料としてナノ構造体は有用であり、本発明に係るナノ構造体においても、当該混合体を構成する柱状構造体の径が２０ｎｍ以下、特に１０ｎｍ以下である場合には、ナノ構造体として種々の利用が可能である。

また、複数の柱状構造体１１の間隔、すなわち中心間距離は、３０ｎｍ以下、好ましくは１５ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍであるのがよい。

もちろん、間隔は柱状構造体同士が接触しない間隔を有する。例えば、柱状構造をした前記Ａｌ柱状構造体の径が１〜２０ｎｍであり、且つ、前記Ａｌ柱状構造体の間隔が５〜３０ｎｍであり、且つ、前記Ａｌ柱状構造体の高さと径の比、すなわちアスペクト比が０．１〜１０００００であり、且つ、前記Ａｌ柱状構造体が基板に対してほぼ垂直である微細構造体などが挙げられる。

また、柱状構造体１１の基板断面からみた形状は、図１（ａ）のように長方形形状でもよいし、正方形や台形など形状が可能である。柱状構造体１１の長さとしては、１ｎｍ〜１００μｍの範囲で適用できる。

特に、柱状構造体１１の径が例えば１〜１０ｎｍであり、その中心間距離が１０ｎｍ〜１５ｎｍである場合に、長さを１ｎｍ〜数μｍの範囲で制御する場合を考える。長さが数ｎｍ〜数十ｎｍのとき（長さと径の比が低いとき）、柱状構造体１はアルミニウム量子ドット（０次元）として作用し、それよりも大きい場合はアルミニウム量子細線（１次元）として作用する。

また、前記アルミニウム含有の柱状構造体１１は、図１に示されているように（Ｓｉ，Ｇｅ）を主成分とするマトリックス１２により互いに分離されている。すなわち、複数の柱状構造体１１が（Ｓｉ，Ｇｅ）領域中に分散している。

柱状構造体１１は、特定方向に整列しているのがよい。図１（ａ）に示すように、特に基板に対して垂直方向に整列しているのがよい。

また、Ａｌを主成分とする柱状突出部分１５は目的に応じてどの程度突出していても構わないが、５０ｎｍ以下であると形状が崩れにくい。突出部は図１（ｂ）のように先端が変形していても構わない。

図２は、本発明の実施形態におけるナノ構造体の他の例を示す模式図である。

マトリックス部の厚みは図２（ａ）に示したように柱状構造体１１より薄ければ良く、図２（ｂ）に示したように無くても構わない。この場合にはマトリックス１２をエッチング除去することによって得られるものである。

また、柱状構造体１１として図２（ｃ）のように柱状構造体１１をマスクとして基板をエッチングし、基板凸部２１を形成した状態でも、更には図２（ｄ）に示すようにＡｌを主成分とした柱状構造体を除去して残る基板表面の柱状構造体でも利用可能である。

また、本発明において基板とは表面に膜が形成されているものも含まれる。すなわち、図２（ｅ）に示すように基板表面層を基板表面層凸部２２として柱状構造体にすることも可能である。

基板１３としては、特に限定されるものではないが、石英ガラスやプラスチックなどの絶縁性基板、シリコン基板、ゲルマニウム基板、ガリウム砒素、あるいはインジウム燐などの半導体基板、あるいは支持部材としての基板上に混合膜が形成できるのであれば、フレキシブルな基板（例えばポリイミド樹脂など）も用いることができる。更には、支持基板上に一層以上の膜が形成されているものを使用してもかまわない。

＜ナノ構造体の作製方法＞
次に、本発明に係るナノ構造体の作製方法について説明する。

図３は、本発明のナノ構造体の製法の一例を示す模式図である。

図中、１３は基板、３１は柱状構造体、３２はＡｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）混合膜、３３はＳｉ、Ｇｅを主成分とするマトリックス、３４は柱状構造埋め込み部、３５は柱状構造突出部、３６は基板凸部である。

まず、成膜法として、非平衡状態で物質を形成する成膜法であるマグネトロンスパッタリング法により、Ａｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）混合膜を形成した例について述べる。

原料としてのターゲットは、Ａｌのターゲット基板上にＳｉチップやＧｅチップを配することで達成される。ＳｉチップあるいはＧｅチップは、複数に分けて配置できるが、もちろんこれに限定されるものではない。また、所定量のＡｌと（Ｓｉ，Ｇｅ）との粉末を焼成して作製したＡｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）焼成物を成膜のターゲット材として用いることもできる。このようなターゲットを用いることにより、膜組成のばらつきの少ない、均質な膜を形成することが可能となる。

また、Ａｌターゲット、Ｓｉターゲット、Ｇｅターゲットを別々に用意し、同時に各々のターゲットをスパッタリングする方法を用いてもよい。

形成される膜中の（Ｓｉ，Ｇｅ）の合計総量は、Ａｌと（Ｓｉ，Ｇｅ）の全量に対して２０ａｔｏｍｉｃ％以上７０ａｔｏｍｉｃ％以下であり、好ましくは２５ａｔｏｍｉｃ％以上６５ａｔｏｍｉｃ％以下、更に好ましくは３０ａｔｏｍｉｃ％以上６０ａｔｏｍｉｃ％以下である。

また、基板温度としては３００℃以下であり、好ましくは２００℃以下であるのがよい。また、室温あるいはそれ以下でも構わない。（Ｓｉ，Ｇｅ）の合計量が斯かる温度範囲内で作製されれば、（Ｓｉ，Ｇｅ）領域内に柱状構造体が分散したナノ構造体が得られる。３００℃以下の基板温度でＡｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）を非平衡状態で物質を形成する成膜法で形成することにより、作製されたＡｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）混合膜は、Ａｌと（Ｓｉ，Ｇｅ）が共晶型組織と類似の組織となり、Ａｌが数ｎｍレベルのナノ柱状構造体を形成し、（Ｓｉ，Ｇｅ）領域と自己形成的に分離する。ここで共晶と類似と述べたのは、（Ｓｉ，Ｇｅ）はアモルファスである場合が多く、結晶として存在しているとは限らないからである。また、いわゆる共晶点より組成は（Ｓｉ，Ｇｅ）が多く含まれていることも本発明には重要である。また、少なくとも３００℃以上の試料温度でＡｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）を成膜すると、作製されたＡｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）混合膜は、Ａｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）が３００℃以下で形成される構造より、より安定な界面の面積が少ない大きな結晶へと成長を始め、数ｎｍレベルのナノ柱状構造体を形成しない。

Ａｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）混合体の（Ｓｉ，Ｇｅ）の総量は、例えばＡｌターゲット上に置くＳｉチップあるいはＧｅチップの量を変えることや、ＡｌとＡｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）の粉末の混合量を変えて作製したターゲットを用いることにより制御できる。

非平衡状態で成膜を行う場合、特にスパッタリング法の場合は、アルゴンガスを流したときの反応装置内の圧力は、０．２〜１Ｐａ程度がよい。しかし、特に、これに限定されるものではなく、アルゴンプラズマが安定に形成される圧力であればよい。

基板１３としては、例えば石英ガラスを始めとする絶縁体基板やシリコンやガリウム砒素を始めとする半導体基板などの基板や、これらの基板の上に１層以上の膜を形成したものが挙げられる。なお、Ａｌの柱状構造体の形成に不都合がなければ、基板の材質、厚さ、機械的強度などは特に限定されるものではない。また、基板の形状としては平滑な板状のものに限らず、曲面を有するもの、表面にある程度の凹凸や段差を有するものなどが挙げられるが、アルミニウムのナノ柱状構造体に不都合がなければ、特に限定されるものではない。

非平衡状態で物質を形成する成膜法は、スパッタリング法が好ましいが蒸着法（抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着等）、イオンプレーティング法を始めとする任意の非平衡状態で物質を形成する成膜法が適用可能である。

また、成膜の仕方としては、Ａｌ、（Ｓｉ，Ｇｅ）を同時に形成する同時成膜プロセスを用いてもよいし、Ａｌ、（Ｓｉ，Ｇｅ）を数原子層づつ積層する積層成膜プロセスを用いてもかまわない。

次に、このＡｌの柱状構造体３１をＡｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）膜から突出させる方法について説明する。この突出部を形成するにはドライエッチプロセスが有効である。ドライエッチプロセスではＡｌに対するＳｉ，Ｇｅのエッチングレートが早ければ構わないが、エッチングレートの差は大きい方が好ましい。このエッチングにはＣＦ₄によるプラズマエッチングやＳＦ₆によるプラズマエッチングが有効である。エッチングレートは装置やプラズマ条件等により大きく変化するが、例えばＣＦ₄の場合にはＡｌのエッチングレートに対するＳｉのエッチングレートの比は約１０倍程度、ＳＦ₆の場合には１００倍程度まで大きくすることが可能である。

これらのドライエッチングによりエッチング前は図３（ａ）に示すように平坦な膜３２中にＡｌを主成分とした柱状構造体３１が形成されているのに対し、エッチングを始めると図３（ｂ）に示すようにＳｉ，Ｇｅマトリックス３３が柱状構造体３１よりも優先的にエッチングが進行していく。そして、最終的にはＳｉ，Ｇｅマトリックス３３が消失して図３（ｃ）に示すようにＡｌを主成分とした柱状構造体３１のみが基板表面に残る。

この状態から更にエッチングを進めると、例えば基板１３がＳｉ基板の場合などでは図３（ｄ）に示すように柱状構造体３１がマスクの役割をして基板表面に基板凸部３６が形成される。ここでエッチングガスを切り替えても構わない。更にエッチングを進めたり、又は柱状構造体のみをウェットエッチングなどすると図３（ｅ）のように基板表面には基板凸部３６のみが得られる。

このように作製されたナノ構造体はそのままでもＡｌ量子ドットやＡｌナノワイヤとしての機能を有するが、この構造体の上部に更に機能的な膜を成長させることにより機能性を高められる。例えば磁気記録用の薄膜を成膜することにより粒径が揃った媒体を作製することができる。

図４は、本発明の表面に薄膜を形成する場合のナノ構造体を示す模式図である。

図４（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、図３（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）に対応して表面に薄膜４１を形成した場合を示すものである。

このような膜としてはＣｏ合金膜やＣｏ／Ｐｔ，Ｃｏ／Ｐｄ積層膜、ＦｅＰｔやＣｏＰｔの規則化合金膜などが有効である。

本発明において、ナノ構造体の上部に磁性体の薄膜を形成したものにおいては、磁気記録媒体として有効になる。また、このような磁気記録媒体を磁気記録再生装置に用いることもできる。

図６は、本発明の磁気記録媒体を用いた磁気記録再生装置を示す模式図である。

上記磁気記録媒体６１以外に、モータなどの磁気記録媒体駆動部６２、読み取り書き込み用磁気ヘッド６３、磁気ヘッド駆動部６４、信号処理部６５、防塵ケース等を組み込むことが必要である。しかし、磁気記録再生装置において、磁気記録媒体の駆動は回転のみ、磁気ヘッドの駆動は円周上のスライドのみに限定されるものではない。

また、このような磁気記録再生装置を用いて情報処理装置を構成することができる。

図７は、本発明の磁気記録再生装置を用いた情報処理装置の概念図である。

磁気記録再生装置部７２、演算部７３、メモリ部分７４、電源７５、外部入出力部７６とこれらをつなぐ配線７７を格納容器７１に収めた情報処理装置を構成することが可能である。

また、微小な穴を転写法により他の基板上に作製するナノインプリント法にも応用可能である。

図５は、本発明のナノ構造体をモールドとして用いた場合の模式図である。

本発明で得られたナノ構造体をモールド５１として、基板５３上に形成されたレジスト５２にプレスを行うことによりレジスト表面には転写孔５４が形成される。この場合には柱状構造体の上に硬質膜５６を形成しておくことや、離型剤をつけておくことが有効である。

また、本発明は、量子ドットや量子細線などのアルミニウムのナノ柱状構造体をさまざまな形態で応用することを可能とするものであり、その応用範囲を著しく広げるものである。本発明における構造体は、それ自体機能材料として使用可能であるが、さらなる新規なナノ構造体の母材、鋳型などとして用いることもできる。

以下に実施例を挙げて、本発明を説明する。

「実施例１」
本実施例においては、Ａｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）膜からのＡｌを主成分とする柱状構造体を作製する方法に関するものである。

本発明のナノ構造体、及びその製法について図３を用いて説明する。なお、図３において、１３が基板で、３２がＡｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）混合膜、３１がＡｌを主成分とするナノ柱状構造体である。また、３３は（Ｓｉ，Ｇｅ）マトリックス、３４、３５はそれぞれＡｌを主成分とするナノ柱状構造体の柱状構造埋め込み部と柱状構造突出部であり、また、３６は基板凸部である。

＜Ａｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）成膜＞
基板にＳｉウェハを用い、その上にＡｌ_0.6（Ｓｉ_1-xＧｅ_x）_0.4においてｘ＝０．０、０．２、０．４、０．６、０．８、１．０の組成比の膜を成膜した。ここでターゲットにはＡｌを用い、その上にＳｉとＧｅのチップを置いて組成を変化させた。スパッタ条件は、ＲＦ電源を用いて、Ａｒ流量を５０ｓｃｃｍ、放電圧力を０．７Ｐａ、投入電力を３００Ｗとし、基板温度は室温として、膜厚を約１００ｎｍにした。

その結果、図３（ａ）に示したようにＡｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）混合膜３２にはアモルファス（Ｓｉ，Ｇｅ）を主成分とする（Ｓｉ，Ｇｅ）マトリックス３３と（Ｓｉ，Ｇｅ）マトリックス３３中に基板垂直方向に成長したＡｌを主成分とする柱状構造体３１が成長した。柱状構造体３１の直径は約３〜２０ｎｍであり、柱状構造体の間隔は約６〜３０ｎｍであった。ここで柱状構造体３１の直径はＳｉとＧｅの比に依存し、Ｓｉの組成比が大きいほど柱状構造体３１の径は小さくなる傾向があった。

なお、ここではターゲットとしてはチップを載せたターゲットでなくても、混合ターゲットやＡｌ、Ｓｉ、Ｇｅの各ターゲットを用いて同時スパッタリングをしても組成比が所望の値になればよい。

更に、ここではスパッタリング法としてＲＦスパッタリング法を用いたが、これに限定されるものではなく、ＥＣＲスパッタリング法、ＤＣスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法でよい。更に、スパッタリング条件は装置に依存しており、これに限定されるものではない。

＜エッチング＞
次に、得られたＡｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）膜３２をエッチング装置によりドライエッチングを施した。エッチング条件としてＣＦ₄流量を２０ｓｃｃｍとし、投入電力を１５０Ｗ、圧力を４．５Ｐａとした。

まず、エッチングを２分行ったところ、（Ｓｉ，Ｇｅ）マトリックス３３の約半分がエッチングされており、またＡｌを主成分とする柱状構造体３１はほとんど変化しておらず、図３（ｂ）に示す構造となっていた。

更に３分間エッチングをしたところ、（Ｓｉ，Ｇｅ）マトリックス３３のほとんどがエッチングされており、図３（ｃ）に示す構造となっていた。このとき、柱状構造体３１の先端は先鋭化される場合もあった。

更にエッチングを継続すると、柱状構造体３１がマスクとなって、上に柱状構造体３１が無い部分のＳｉ基板がエッチングされて図３（ｄ）に示す構造となっていた。

更にエッチングを継続させるか、又はリン酸などでウェットエッチングすることにより柱状構造体３１をエッチング除去することができ、図３（ｅ）に示す構造が得られた。

ここで、柱状構造体の突出部３５が５０ｎｍを越えると、条件によっては若干柱状構造体突出部３５が曲がる場合があった。

また、（Ｓｉ，Ｇｅ）マトリックスは概ねアモルファス状態であり、Ａｌが含まれている場合があった。

（比較例）
また、比較試料Ａとして、Ａｌ_1-yＳｉ_y組成の膜で同様の実験をした。その結果ｙが０．２〜０．７以外の膜では柱状構造体が得られず目的の突出構造体は得られなかった。このことは、ＳｉとＧｅの混合組成やＧｅのみで行っても同様な結果であった。ＡｌとＳｉとＧｅの全量に対するＳｉとＧｅ含有量を、少なくとも２０ａｔｏｍｉｃ％以上７０ａｔｏｍｉｃ％以下に調整することで、（Ｓｉ，Ｇｅ）中にＡｌの柱状構造体を形成することが可能であり、また、直線性に優れたＡｌ細線の作製が可能になる。

更に、比較試料Ｂとして、Ｓｉ基板上に、組成Ａｌ₆₀Ｓｉ₄₀の混合比のターゲットを用いて混合膜を約２００ｎｍ形成した。ここで、基板温度は３２０℃とした。この試料を基板真上方向から見た試料表面には、円形あるいは楕円形をしたアルミニウム柱状構造を確認することができなかった。つまり、Ａｌの柱状構造体を確認することができなかった。すなわち、基板温度が高すぎると、より安定な状態に変化してしまうため、図３に示したようなＡｌの柱状構造体を形成する膜成長ができていないと考えられる。

「実施例２」
本実施例では、エッチング条件を変えた場合について説明する。ここでＡｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）混合膜３２にはＡｌ_0.6Ｓｉ_0.4組成のものを用いた。

得られたＡｌＳｉ膜３２をエッチング装置によりドライエッチングを施した。エッチング条件としてＳＦ₆流量を２０ｓｃｃｍとし、投入電力を１５０Ｗ、圧力を５．０Ｐａとした。

まず、エッチングを２０秒行ったところ、Ｓｉマトリックス３３の約半分がエッチングされており、またＡｌを主成分と柱状構造体３１はほとんど変化しておらず、図３（ｂ）に示す構造となっていた。

更に２０分間エッチングをしたところ、Ｓｉマトリックス３３のほとんどがエッチングされており、図３（ｃ）に示す構造となっていた。

更にエッチングを継続すると、柱状構造体３１がマスクとなって、上に柱状構造体３１が無い部分のＳｉ基板がエッチングされて図３（ｄ）に示す構造となっていた。

以上のようにＳＦ₆流ガスの方がエッチング時間を短くすることができた。

ここで比較例としてＡｒのイオンミリング法でエッチングを施したところ、柱状構造体３１が突出部を形成することはなかった。

「実施例３」
次に柱状構造突出部上に成膜した場合の実施例を説明する。

本実施例では、実施例２と同様にＡｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）混合膜３２にはＡｌ_0.6Ｓｉ_0.4組成のものを用いＳＦ₆で基板までドライエッチして図３（ｅ）のナノ構造体を作製した。

そして、Ｃｏ／Ｐｔの積層膜をＣｏ＝０．５ｎｍ、Ｐｔ＝１．０ｎｍの厚みで膜厚３０ｎｍ成膜した。

得られた膜の磁気特性を測定したところ基板垂直方向に磁化容易軸があることを確認した。

また、走査型電子顕微鏡で観察したところ、結晶粒は基板の凸部を反映して均一に微小化されていた。

以上より本発明のナノ構造体は磁気デバイス、特に磁気記録媒体として有効であることがわかる。また、Ｃｏ／Ｐｔの積層膜の代わりにＣｏ／Ｐｄの積層膜や、基板上にＰｔ（００１）を形成しておきＰｔ（００１）のナノサイズの柱状構造体を形成し、上部にＦｅＰｔやＣｏＰｔなどのＬ１₀構造の磁性膜を形成しておくことも磁気記録媒体として有効である。

図８は、基板上にＰｔ層を形成したナノ構造体の例を示す図である。

図８（ａ）に示すように、基板８３の上部に、Ｐｔ層８３ａを形成しておき、Ａｌを主成分と柱状構造体８１を形成した後、図８（ｂ）に示すように、柱状構造体８１をマスクとしてＰｔ層８３ａをエッチングにより除去し、最後に柱状構造体８１を除去してナノ構造体を作製することができる。

また、基板の上部に軟磁性層を形成しておき、柱状構造体の下部に軟磁性層を配置することもできる。

「実施例４」
本実施例は、磁気記録再生装置に関するものである。実施例３で記載の磁気記録媒体は記録再生できる特性があるため、図６に示すように磁気記録媒体６１は、他に磁気記録媒体駆動部６２、磁気ヘッド６３、磁気ヘッド駆動部６４、信号処理部６５などを備えた磁気記録再生装置において利用することが可能である。

「実施例５」
本実施例は、情報処理装置に関するものである。

前記、実施例４に記載の磁気記録再生装置は、情報の出し入れが可能であるため、図７に示すように、磁気記録再生装置部７２、演算部７３、メモリ部分７４、電源７５、外部入出力部７６とこれらをつなぐ配線７７を格納容器７１に収めた情報処理装置を構成することが可能である。

「実施例６」
本実施例では、本発明のナノ構造体をモールドとして用いた実施例について説明する。

図９は、本発明のモールドとして用いたナノ構造体の例を示す図である。

ガラス基板上に実施例１と同様にＡｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）混合膜３２を１００ｎｍを形成した。ここでＡｌ（Ｓｉ，Ｇｅ）混合膜にはＡｌ_0.6Ｓｉ_0.4組成のものを用いＣＦ₄でＳｉマトリックス部を約５０ｎｍドライエッチングしＡｌを主成分とする柱状構造突出部８５を約４０ｎｍ作製した。このとき柱状構造突出部９５の直径は約５ｎｍでありその間隔は約９ｎｍであった。柱状構造突出部３５の上に硬質膜としてのＮｉ層９６を約１５ｎｍ形成して図９に示す構造とした。

得られたナノ構造体表面に剥離剤を塗布してモールド５１として図５に示したように、Ｓｉ基板５３上にレジスト５２としてＰＭＭＡを３０ｎｍ塗布した基板５３へ押し付けた。

モールドをとって基板上ＰＭＭＡ表面を走査型プローブ顕微鏡で観察したところ、モールド表面のナノサイズ突起の跡が、ＰＭＭＡへ微細孔として残っていた。

本発明の実施形態におけるナノ構造体の一例を示す模式図 同じくナノ構造体の他の例を示す模式図 同じくナノ構造体の製法の一例を示す模式図 本発明の表面に薄膜を形成する場合のナノ構造体を示す模式図 本発明のナノ構造体をモールドとして用いた場合の模式図 本発明の磁気記録媒体を用いた磁気記録再生装置を示す模式図 本発明の磁気記録再生装置を用いた情報処理装置の概念図 本発明の基板上にＰｔ層を形成したナノ構造体の例を示す図 本発明のモールドとして用いたナノ構造体の例を示す図

符号の説明

１ ナノ構造体
１１ 柱状構造体
１２ マトリックス
１３ 基板
１４ 柱状構造埋め込み部
１５ 柱状構造突出部
１６ 変形柱状構造突出部
２１ 基板凸部
２２ 基板表面層凸部
３１ 柱状構造体
３２ Ａｌ−（Ｓｉ，Ｇｅ）混合膜
３３ （Ｓｉ，Ｇｅ）マトリックス
３４ 柱状構造埋め込み部
３５ 柱状構造突出部
３６ 基板凸部
４１ 表面膜
５１ モールド
５２ レジスト
５３ 基板
５６ 硬質膜
６１ 磁気記録媒体
８１ 柱状構造体
８３ 基板
８３ａ Ｐｔ層
９１ モールド
９５ 柱状構造突出部
９６ Ｎｉ層

Claims (10)

1. 基板又は下地層を有する基板上に形成されたナノ構造体であって、
   柱状の第１の部材と前記第１の部材を取り囲むように形成した第２の部材を備え、前記第２の部材が共晶を形成し得る２種類以上の材料を含有し、且つ前記材料の１種類が半導体材料であり、前記第１の部材が前記第２の部材よりも突出していることを特徴とする構造体。
2. 前記半導体材料が、Ｓｉ、Ｇｅ又はＳｉとＧｅのいずれかを含有することを特徴とする請求項１記載の構造体。
3. 前記第１の部材の平均直径が２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の構造体。
4. 前記第１の部材の前記第２部材より突出している高さが５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の構造体。
5. 請求項１から４のいずれか記載の構造体の上に磁性層を形成したことを特徴とする磁気記録媒体。
6. 前記磁性層が、ＣｏとＰｔの積層膜、ＣｏとＰｄの積層膜、又はＬ１₀構造を有することを特徴とする請求項５記載の磁気記録媒体。
7. 請求項１から４の何れか記載の構造体を用いたモールド。
8. 基板又は下地層を有する基板の上に、柱状の第１の部材と前記第１の部材を取り囲むように形成した第２の部材とを備え、前記第２の部材が共晶を形成し得る２種類以上の材料を含有した構造体を形成する工程と、前記第１の部材を除去し、孔を形成する工程と、前記孔中に金属及び合金を含有する材料を充填する工程と、前記第２の部材を一部又は全部除去する工程とを備えることを特徴とするナノ構造体の製造方法。
9. 前記第２の部材を一部又は全部除去する工程の後に、前記基板又は前記下地層の一部を除去する工程を備えることを特徴とする請求項８記載のナノ構造体の製造方法。
10. 請求項８又は９に記載の構造体を製造した後に、基板上に膜を形成する工程を備えることを特徴とするナノ構造体の製造方法。

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