JP2949651B2 - 電極基板及び記録媒体の製造方法 - Google Patents

電極基板及び記録媒体の製造方法

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宏 松田
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芳浩 柳沢
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高密度記録媒体に用い
られる電極基板及び記録媒体の製造方法に関する。更に
詳しくは、走査型トンネル顕微鏡(STM)を応用した
情報処理装置において、記録媒体を形成する電極基板の
製造方法及び記録媒体の製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年情報化社会の発展につれ、大容量メ
モリの開発が極めて活発に行われている。メモリに要求
される性能は、一般に、 1)高密度で記録容量が大きい 2)記録再生の応答速度が速い 3)消費電力が少ない 4)生産性が高く、価格が安い 等が挙げられる。
【0003】一方、最近では走査型トンネル顕微鏡(S
TM)が開発され(G.Binnig et al.
Phys.Rev.Lett.49,57(198
2))、単結晶、非結晶を問わず実空間の高い分解能の
測定ができるようになった。
【0004】かかるSTMは、金属の探針(プローブ電
極)と導電性物質の間に電圧を加えて10Å程度の距離
まで近づけるとトンネル電流が流れることを利用してい
る。この電流は両者の距離変化に非常に敏感であり、ト
ンネル電流を一定に保つ様に探針を走査することにより
実空間の表面構造を描くことができると同時に、表面原
子の全電子雲に関する種々の情報をも読み取ることがで
きる。この際の面内方向の分解能は1Å程度である。
【0005】したがって、STMの原理を応用すれば、
十分に原子オーダー(数Å)で高密度記録再生を行うこ
とが可能である。この際の記録再生方法として、粒子線
(電子線、イオン線)あるいはX線等の高エネルギー電
磁波及び可視・紫外光等のエネルギー線を用いて適当な
記録層の表面状態を変化させて記録を行いSTMで再生
する方法や、記録層として電圧電流のスイッチング特性
に対するメモリ効果を持つ材料、例えばπ電子系有機化
合物やカルコゲン化物類の薄膜層を用いて記録再生をS
TMを用いて行う方法等が提案されている(特開昭63
−1615523号公報)。その他電圧パルスを印加す
ることで、基板上に分子を流体から捕捉し、選択的にデ
ータビットを書き込み、またそれを読み取り、消去を行
う方法、装置の提案がある(特開平1−196751号
公報)。
【0006】ところで、実際に装置としてメモリ媒体へ
の記録再生を行うためには、いわゆるトラッキングとい
う位置決め及びデータ列への追跡を行う必要がある。こ
の種の高密度メモリのトラックを有した電極基板の製造
方法として 1)電極基板上にリソグラフィ技術を用いてトラックを
形成する 2)結晶の原子配列を応用する 3)記録媒体に導電体のトラックを埋め込む 4)母材上に凹又は凸部を形成し、かかる母材上に金属
層を堆積し、しかる後、該金属を剥離しその剥離面を電
極面とする 等が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上の従来例に示され
た電極基板を用いた場合、レジスト残渣等の影響を受け
ずに母材の平滑面を維持するのは困難であった。
【0008】すなわち、本発明の目的とするところは、
上述のような従来技術における問題点を解決し得る電極
基板及び記録媒体の製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の構成は、第1に、母材上に金属を形成する工
程と、該金属を別途トラックパターンを形成した転写材
上に剥離し、しかる後にガス又はエアーの吹き付けもし
くは転写材裏面からの吸引によりトラックを形成する工
程を有することを特徴とする電極基板の製造方法、第2
に、前記電極基板が結晶基板の劈開面上に金属をエピタ
キシャル成長させることによって形成される工程を有す
ることを特徴とする前記第1に記載の電極基板の製造方
法、第3に、前記第1又は第2の電極基板の製造方法に
よって製造された電極基板上に記録層を設ける工程を有
することを特徴とする記録媒体の製造方法、第4に、記
録層を形成する工程が、ラングミュアーブロジェット法
であることを特徴とする前記第3に記載の記録媒体の製
造方法、としている点にある。
【0010】すなわち、本発明によれば母材上に金属を
形成する工程と該金属を別途トラックパターンを形成し
た転写材上に剥離し、しかる後にガス又はエアーの吹き
付けもしくは転写材裏面からの吸引によりトラックを形
成する工程を有することにより、レジスト残渣の影響を
受けない母材から電極基板を製造することが可能となっ
た。
【0011】以下、本発明を詳細に説明する。図1は、
本発明に係るトラックを有する電極基板の各製造工程に
おける断面図を示したものである。101は母材、10
2は電極層、103は転写材、104はトラックパター
ン、105は接着剤である。図1においてまず、STM
の特徴を生かした高速、高密度記録を行うには高いS/
N比、高速記録再生を実現できる電極基板が必要であ
る。本発明においては、母材から電極層を剥離した剥離
面を用いることも可能であり、かかる母材としてはその
表面が平滑であることが好ましく、例えば 1)結晶の劈開面・・・マイカ、MgO、TiC、S
i、グラファイト等 2)溶融したガラス面・・・フロートガラス、コーニン
グ#7059、溶融石英等が挙げられる。
【0012】これら各種材料の表面は、原子間力顕微鏡
(AFM)を用いて観察することができる。かかるAF
Mは試料の導電性、絶縁性を問わず原子オーダーの分解
能で試料の表面形状を計測することが可能である。本発
明者らはAFMを用いて各種材料の表面形状を観察した
ところ、10μm□の領域において表面凹凸は1nm以
下であり、本発明に用いる母材として好適であることが
わかった。
【0013】また、剥離方法も接着剤を用いてひきはが
すほか、共晶結合、電鋳等を用いることができる。かか
る接着剤としては、無溶剤型の体積収縮のないものが好
ましく例えば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等が
挙げられる。
【0014】次に、電極層102は高導電性を有するも
のが好ましい。例えば、Au、Ab、Pt、Pdなどの
金属及びAu−Pd、Pt−Pdなどの合金、更にはそ
れらの積層膜が挙げられる。このような材料を用いた電
極形成方法としても、従来公知の薄膜形成方法で充分で
ある。
【0015】一方転写材103にトラックパターン10
4を形成する方法として、転写材上に光エネルギーを選
択的に照射する方法や、電解液中で放電させ、ガラスに
穴を開ける方法等がある。その他従来公知のリソグラフ
ィー技術を用いることも可能である。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【0017】(実施例1)まず大気中でマイカを劈開
し、母材101とする。続いて、かかる基板101上に
真空蒸着法によりAuをエピタキシャル成長させ、電極
層102を形成する。該電極層102は基板温度400
℃、蒸着速度10Å/sec、到達圧力2×10-6To
rr、膜厚2000Åの条件で成膜した。
【0018】一方、転写材料103としてSiO2が1
000Å形成されたシリコン基板を用いた。図3に示す
ように、光エネルギー源として10J/cm2のXeC
lエキシマレーザーを用い、100Hzで発振させレン
ズ4により1μm径に集光させると、転写材103上の
集光部のシリコンが蒸発除去し、貫通抗が形成される
(図1(b))。引き続き、光を掃引することで所望の
トラックパターンを形成した。
【0019】かかる転写材上に接着剤105(商標名
ハイスーパー5 セメダイン製)を塗布した後、接着剤
105の上に母材101を対向配置し、電極層102を
転写材上に張り付ける(図1(c))。接着は、3Kg
/cm2、室温、硬化時間24時間で行った。続いて、
母材101を電極層102から引きはがし、転写材10
3、電極層102、接着剤105からなる電極基板を得
た(図1(d))。
【0020】次に、剥離した、電極層上から、5Kg/
cm2のN2ガスを吹き付けることによって、凹状のトラ
ックパターンを形成した(図1(e))。
【0021】上述した方法により形成した電極基板の表
面をSTMで観察したところ、10μm□において凹状
のトラックパターンが形成されておりトラックが明確に
判別できた。
【0022】(実施例2)図2に示すように、溶融石英
基板を洗浄し、母材101とする。かかる母材上にAu
を真空蒸着法により2000Å成膜し、電極層102と
する。この時の蒸着条件は基板温度400℃、蒸着速度
10Å/sec、到達圧力2×10-6Torrであっ
た。
【0023】一方、転写材103としてSiO2が1μ
m形成されているSi基板を用いた。かかる転写材を洗
浄した後、EBレジスト(商標名OEBR−1000東
京応化製)を塗布し、露光、現像をへて所望のトラック
パターン104を形成した(図2(b))。EB描画条
件は加速電圧20kV、ドーズ量50μC/cm2であ
った。続いて、かかるレジストパターンをマスクとし
て、SiO2のエッチングを行った。エッチング深さは
1000Å、エッチングガスにCF4を用いて圧力5P
a、放電電力150Wの条件であった。その後、メチル
エチルケトンを使ってレジストを剥離し、凹状のトラッ
クパターン104を形成した。その後、実施例1と同様
にして電極層の剥離、トラックパターンの形成を行っ
た。ただし、この時は5kg/cm2の圧縮空気を電極
面上から吹き付けた。
【0024】上述した方法により形成した電極基板の表
面をSTMで観察したところ、10μm□において凹状
のトラックパターンが形成されており、トラックが明確
に判別できた。更に、転写材が繰り返し使用可能である
ことがわかった。
【0025】(実施例3)実施例2と同様に、溶融石英
基板を母材とし、電極層としてAuを2000Å成膜し
た。ただし、蒸着時の基板温度は室温とし、電極層形成
後に、母材を600℃に1分間加熱した。その後、室温
に戻した。
【0026】次に、実施例1と同様にして形成した転写
材に、上記電極層を実施例1と同様にして剥離した。そ
の後、転写材の裏面から吸引器を用いて電極層を吸引
し、凹状のトラックパターンを形成した。この時の吸引
圧は5kg/cm2であった。
【0027】上述した方法により形成した電極基板の表
面をSTMで観察したところ、10μm□において凹状
のトラックパターンが形成されており、トラックが明確
に判別できた。
【0028】(実施例4)実施例1と同様にして電極基
板を形成した。次に、かかる電極基板上に4層のポリイ
ミドLB膜を成膜し、記録層107とした(図4
(f))。以下、ポリイミドLB膜の形成方法を述べ
る。
【0029】まず、ポリアミド酸をN,N’−ジメチル
アセトアミドに溶解させ(単量体換算濃度1×10
-3M)、別途用意したN、N’−ジメチルオクタデシル
アミンの同溶媒による1×10-3M溶媒とを1:2(V
/V)に混合して、ポリアミド酸オクタデシルアミン塩
溶液を調製した。
【0030】かかる溶液を水温20℃の純水からなる水
相上に展開し、水面上に単分子膜を形成した。溶媒蒸発
除去後、表面圧を25mN/mにまで高めた。表面圧を
一定に保ちながら、上述電極基板を水面を横切る方向に
速度5mm/minで静かに浸漬した後、続いて5mm
/minで静かに引き上げて2層のY型単分子累積膜を
作成した。かかる操作を繰り返して、4層のポリアミド
酸オクタデシルアミン塩の単分子累積膜を形成した。こ
の基板を減圧下、300℃で10分間加熱焼成してポリ
アミド酸オクタデシルアミン塩をイミド化し、4層のポ
リイミド単分子膜を得た。
【0031】次に、上述した方法により作成した記録媒
体を用いて、図5に示す情報処理装置により表面形状を
調べたところ、記録媒体表面が電極の平滑面を反映して
おり、10μm□において表面凹凸は1nm以下であっ
た。
【0032】次に、図5に示す装置を用いて、記録再生
の実験を行った。プローブ電極202として白金−ロジ
ウム製のプローブ電極を用いた。このプローブ電極は記
録層107の表面との距離Zを制御するものによって、
電流を一定に保つように圧電素子によりその距離Zが微
動制御されている。更に、リニアアクチュエータ20
4、205、206は距離Zを一定に保ったまま面内
(X、Y)方向にも微動制御できるように設計されてい
る。また、プローブ電極は直接、記録再生、消去を行う
ことができる。
【0033】一方、記録媒体は、高精度のXYステージ
201上におかれ、任意の位置に移動させることができ
る。かかるXYステージ上に、前述した記録媒体を置
き、プローブ電極と記録媒体の電極層102との間に+
1.5Vの電圧を印加し、電流をモニターしながらプロ
ーブ電極202と記録層107表面との距離Zを制御す
るためのプローブ電極IPを10-10A≧IP≧10-11
になるように設定した。
【0034】次に、プローブ電極202を記録層107
上で走査させながら、100Åピッチで情報の記録を行
った。かかる情報の記録は、プローブ電極202を+
側、電極層102を−側にして、電流・電圧特性のスイ
ッチング特性に対するメモリ効果を有する材料(電気メ
モリ材料:ポリイミドLB膜4層)が低抵抗状態(ON
状態)に変化する図6に示す三角波パルス電圧を加え
た。
【0035】その後、プローブ電極を記録開始点に戻
し、再び、記録層107上を走査させた。この時、記録
の読みだし時においては、Z=一定になる様に調整し
た。その結果、データビットにおいては10nA程度の
プローブ電流が流れ、ON状態となっていることが示さ
れた。
【0036】また、プローブ電圧を電気メモリー材料が
ON状態から、OFF状態に変化する図7に示すパルス
電圧を印加した後、再び、記録位置をトレースした結
果、すべての記録状態が消去され、OFF状態に遷移し
たことも確認した。
【0037】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、母
材上に形成した電極面をあらかじめトラックパターンを
形成してある転写材上にうつしとり、ガス又はエアーの
吹き付け又は吸引によって、転写材上にトラックパター
ンを形成し、トラックを有する電極基板を形成するの
で、母材がレジスト残渣等の影響を受けることがなく、
母材の平滑性を損なわずにトラックを有する電極基板を
形成することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電極基板製造方法の工程図であ
る。
【図2】本発明の実施例における製造工程図である。
【図3】本発明の実施例に用いた装置の概略図である。
【図4】本発明の実施例における製造工程図である。
【図5】STMを応用した情報処理装置の構成図であ
る。
【図6】本発明の製造方法により形成された記録媒体の
記録層を、高抵抗状態から低抵抗状態へ遷移させるのに
必要な電気パルスの波形を示す図である。
【図7】本発明の製造方法により形成された記録媒体の
記録層上の低抵抗状態部位を、再び高抵抗状態へ戻すの
に必要な電気パルスの波形を示す図である。
【符号の説明】
1 光エネルギー源 2 光 3 ミラー 4 レンズ 101 母材 102 電極層 103 転写材 104 トラックパターン 105 接着剤 106 剥離基板 107 記録層 201 XYステージ 202 プローブ電極 203 プローブ電極の支持体 204 プローブ電極をZ方向に駆動するZ軸リニアア
クチュエータ 205 XYステージをX方向に駆動するリニアアクチ
ュエータ 206 XYステージをY方向に駆動するリニアアクチ
ュエータ 301 増幅器 302 対数圧縮器 303 低域通過フィルタ 304 誤差増幅器 305 ドライバー 306 駆動回路 307 高速通過フィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳沢 芳浩 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 河田 春紀 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−156749(JP,A) 特開 平2−199252(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G11B 9/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 母材上に金属を形成する工程と、該金属
    を別途トラックパターンを形成した転写材上に剥離し、
    しかる後にガス又はエアーの吹き付けもしくは転写材裏
    面からの吸引によりトラックを形成する工程を有するこ
    とを特徴とする電極基板の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記電極基板が結晶基板の劈開面上に金
    属をエピタキシャル成長させることによって形成される
    工程を有することを特徴とする請求項1記載の電極基板
    の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2の電極基板の製造方法に
    よって製造された電極基板上に記録層を設ける工程を有
    することを特徴とする記録媒体の製造方法。
  4. 【請求項4】 記録層を形成する工程が、ラングミュア
    ーブロジェット法であることを特徴とする請求項3記載
    の記録媒体の製造方法。
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