JPH1166654A - Formation of fine structure, fine structure, magnetic sensor, magnetic recording medium and magneto-optical recording medium - Google Patents
Formation of fine structure, fine structure, magnetic sensor, magnetic recording medium and magneto-optical recording mediumInfo
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- JPH1166654A JPH1166654A JP9221466A JP22146697A JPH1166654A JP H1166654 A JPH1166654 A JP H1166654A JP 9221466 A JP9221466 A JP 9221466A JP 22146697 A JP22146697 A JP 22146697A JP H1166654 A JPH1166654 A JP H1166654A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は１００ｎｍ以下のス
ケールの微細柱状構造、微細トレンチ、微細孔、微細パ
ターン薄膜等が形成された微細構造の作製法、微細構
造、磁気センサ、磁気記録媒体および光磁気記録媒体に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a fine columnar structure, a fine trench, a fine hole, a fine pattern thin film and the like having a scale of 100 nm or less, a fine structure, a magnetic sensor, a magnetic recording medium, and an optical disk. The present invention relates to a magnetic recording medium.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ホトリソグラフィーによる現状のリソグ
ラフィー技術では、１００ｎｍ以下のスケールの微細構
造作製技術を実現することは困難である。したがって、
量産性を損なうことなく１００ｎｍ以下のスケールの寸
法を有する微細構造を作製するには、リソグラフィーの
寸法限界を補う作製技術が用いられて来た。たとえば、
公知例１（國尾武光、大屋秀市、「ギガビット時代のＤ
ＲＡＭ技術」、応用物理、第６５巻、第１１号、pp.110
6-1113.）に示されているＨＳＧ構造がある。この技術
は、シリコンＣＶＤの膜成長初期過程に現れる縞状Ｓｉ
（シリコン）薄膜を利用して、ＤＲＡＭに用いられる容
量電極表面に半径２０ｎｍ程度の半球状シリコンを付着
させるものであり、リソグラフィー工程に負担をかけず
に、電極表面積を２倍にする技術である。また、公知例
２（H. W. Deckman, J. H. Dunsmir, "Application of
surface textures produced with natural lithograph
y", Journal of Vacuum Science and Technology, Vol.
B1 (4), 1983, pp.1109-1112.）では、約０．５μｍの
ラテックスコロイドを用いたパタン形成技術が提案され
ている。また、公知例３（A. Blondel, J. P. Meier,
B. Doudin, and J. -Ph. Ansermet, "Giant magnetores
istance of nanowires of multilayers," Applied Phys
ics Letters, vol. 65, no. 23, pp.3019-3021.）で
は、ポリカーボネート膜を用いたフィルター中に存在す
るナノメータスケールの微細孔を利用して、巨大磁気抵
抗効果を発現する磁性金属多層構造の細線を製作した例
が示されている。2. Description of the Related Art With the current lithography technology using photolithography, it is difficult to realize a fine structure fabrication technology on a scale of 100 nm or less. Therefore,
In order to fabricate a fine structure having a size of 100 nm or less without deteriorating mass productivity, a fabrication technique that compensates for a dimensional limit of lithography has been used. For example,
Known example 1 (Takemitsu Kunio, Hideichi Oya, "D in the Gigabit Era"
RAM Technology ", Applied Physics, Vol. 65, No. 11, pp. 110
6-1113.) Has an HSG structure shown in FIG. This technique uses striped Si that appears in the initial stage of silicon CVD film growth.
(Silicon) A hemispherical silicon having a radius of about 20 nm is attached to the surface of a capacitor electrode used in a DRAM using a thin film. This is a technique for doubling the electrode surface area without imposing a burden on a lithography process. . Known example 2 (HW Deckman, JH Dunsmir, "Application of
surface textures produced with natural lithograph
y ", Journal of Vacuum Science and Technology, Vol.
B1 (4), 1983, pp. 1109-1112) proposes a pattern forming technique using a latex colloid of about 0.5 μm. Known example 3 (A. Blondel, JP Meier,
B. Doudin, and J. -Ph. Ansermet, "Giant magnetores
istance of nanowires of multilayers, "Applied Phys
ics Letters, vol. 65, no. 23, pp. 3019-3021.), a magnetic metal multilayer that exhibits a giant magnetoresistance effect by using nanometer-scale micropores existing in a filter using a polycarbonate film. An example in which a fine wire having a structure is manufactured is shown.
【０００３】以上の公知例に示されたように、電子デバ
イス、大容量記録技術などのエレクトロニクス関連技術
の今後の発展において、微細構造を作製することが重要
な課題となりつつある。[0003] As shown in the above known examples, in the future development of electronics-related technologies such as electronic devices and large-capacity recording technology, fabrication of a fine structure is becoming an important issue.
【０００４】また、公知例４（Bruce W. Alphenaar, Z.
A. K. Durrani, A. P. Heberle, and M. Wagner, Appl
ied Physics Letters, vol. 66, no. 10, 1995, pp.123
4-1236.）では、金の蒸着によって得られる島状薄膜を
エッチングマスクとして用い、微細柱状構造を形成して
いる。また、公知例５（Tetusya Tada, Ali Hamoudi,an
d Toshihiko Kanayama, Applied Physics Letters, vo
l. 70, no. 19, 1997,pp.2538-2540.）においても、数
ｎｍのＡｕＰｄ合金クラスターの蒸着とＥＣＲ（electr
on cyclotron resonance）プラズマエッチングとの組み
合わせにて微細柱状構造を得ている。[0004] Also, a known example 4 (Bruce W. Alphenaar, Z.
AK Durrani, AP Heberle, and M. Wagner, Appl
ied Physics Letters, vol. 66, no.10, 1995, pp.123
In 4-1236.), A fine columnar structure is formed using an island-like thin film obtained by vapor deposition of gold as an etching mask. Known example 5 (Tetusya Tada, Ali Hamoudi, an
d Toshihiko Kanayama, Applied Physics Letters, vo
l. 70, no. 19, 1997, pp. 2538-2540.), deposition of AuPd alloy cluster of several nm and ECR (electr
on cyclotron resonance) A fine columnar structure is obtained by combining with plasma etching.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、公知例４、５
に示された微細柱状構造の作製法においては、微細柱状
構造の平均間隔、相互配置の制御が不可能である。However, known examples 4, 5
In the method for producing a fine columnar structure shown in (1), it is impossible to control the average spacing and mutual arrangement of the fine columnar structures.
【０００６】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、微細構造の平均間隔、相互配置の制御が可
能である微細構造の作製法、集積密度が大きい微細構
造、磁気センサ、磁気記録媒体、光磁気記録媒体を提供
することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a fine structure capable of controlling the average spacing and mutual arrangement of the fine structures, a fine structure having a large integration density, a magnetic sensor, a magnetic sensor, It is an object to provide a recording medium and a magneto-optical recording medium.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明においては、基板上に表面が被覆分子層によ
って被覆されかつ直径が１００ｎｍ以下のコロイド微粒
子を付着させ、上記コロイド微粒子をマスクとして上記
基板を加工する。In order to achieve this object, in the present invention, colloidal fine particles having a surface covered with a coating molecular layer and having a diameter of 100 nm or less are attached to a substrate, and the colloidal fine particles are used as a mask. The above substrate is processed.
【０００８】この場合、上記基板上に付着された上記コ
ロイド微粒子の互いの平均間隔を上記コロイド微粒子の
直径と同程度とする。In this case, the average distance between the colloidal fine particles adhered on the substrate is substantially equal to the diameter of the colloidal fine particles.
【０００９】また、上記基板上に付着した上記コロイド
微粒子をリアクティブイオンエッチングによってより小
さい粒径の微粒子にする。Further, the colloidal fine particles adhering to the substrate are made into fine particles having a smaller particle size by reactive ion etching.
【００１０】また、上記基板上に付着した上記コロイド
微粒子をイオンミリングによってより小さい粒径の微粒
子にする。Further, the colloidal fine particles adhered on the substrate are made into fine particles having a smaller particle size by ion milling.
【００１１】また、上記コロイド微粒子をマスクにして
二次マスク層を形成する。Further, a secondary mask layer is formed using the colloidal fine particles as a mask.
【００１２】また、上記基板上に付着した上記コロイド
微粒子に斜め蒸着を行なって二次マスク層を形成する。Further, a secondary mask layer is formed by obliquely depositing the colloidal fine particles adhered on the substrate.
【００１３】また、微細構造において、断面直径が１０
０ｎｍ以下でかつアスペクト比が１以上の微細柱状構造
を上記断面直径と同程度の平均間隔を隔てて形成する。In the fine structure, the sectional diameter is 10
Fine columnar structures having an aspect ratio of not less than 0 nm and having an aspect ratio of not less than 1 are formed at an average interval substantially equal to the cross-sectional diameter.
【００１４】また、微細構造において、開口径が１００
ｎｍ以下でかつアスペクト比が１以上の微細トレンチま
たは微細孔が上記開口径と同程度の平均間隔を隔てて形
成する。In the fine structure, the opening diameter is 100
Fine trenches or fine holes having a thickness of 1 nm or less and an aspect ratio of 1 or more are formed at an average interval substantially equal to the opening diameter.
【００１５】また、上記の微細構造を上記の微細構造の
作製法よって作製する。Further, the above-mentioned fine structure is produced by the above-mentioned method for producing a fine structure.
【００１６】この場合、誘電体材料からなる上記微細柱
状構造を形成する。In this case, the fine columnar structure made of a dielectric material is formed.
【００１７】また、誘電体材料からなる層に上記微細ト
レンチまたは上記微細孔を形成する。The fine trench or the fine hole is formed in a layer made of a dielectric material.
【００１８】また、上記微細トレンチまたは上記微細孔
内に磁性体層を形成する。A magnetic layer is formed in the fine trench or the fine hole.
【００１９】また、上記磁性体層を多層構造とする。Further, the magnetic layer has a multilayer structure.
【００２０】また、磁気センサにおいて、上記微細トレ
ンチまたは上記微細孔内に上記磁性体層が形成された微
細構造を用いる。In the magnetic sensor, a fine structure in which the magnetic layer is formed in the fine trench or the fine hole is used.
【００２１】また、磁気記録媒体において、上記微細ト
レンチまたは上記微細孔内に上記磁性体層が形成された
微細構造を用いる。In the magnetic recording medium, a fine structure in which the magnetic layer is formed in the fine trench or the fine hole is used.
【００２２】また、光磁気記録媒体において、上記微細
トレンチまたは上記微細孔内に上記磁性体層が形成され
た微細構造を用いる。In the magneto-optical recording medium, a fine structure in which the magnetic layer is formed in the fine trench or the fine hole is used.
【００２３】[0023]
【発明の実施の形態】公知例６（川口春馬、室井宗一、
「ポリマーコロイド」、高分子学会編、共立出版、198
9）、公知例７（T. Sato, D. G. Hasko, and H. Ahmed,
"Nanoscale colloidal particles: Monolayer organiz
ation and patterning," J. Vac. Sci.& Tech. B15(1),
Jan/Feb 1997, pp.45-48.）に溶媒中に分散されたポリ
スチレンコロイド微小球、貴金属コロイド微粒子が示さ
れている。そして、ポリスチレンコロイド微小球、貴金
属コロイド微粒子等のコロイド微粒子表面はサーファク
タント（surfactant）層、リガント（ligand）層などの
被覆分子層によって覆われており、被覆分子層の立体障
害効果によってコロイド微粒子がワァンデルワールス引
力に打ち勝って、凝集せずに安定に分散することがで
き、また被覆分子層が溶媒中で電離することによって生
ずる電荷を担っている場合があり、この場合にはコロイ
ド微粒子同士は互いに斥力を及ぼしあっており、この斥
力によってコロイド微粒子の互いの平均間隔が所定値以
上に保たれる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Known Example 6 (Haruma Kawaguchi, Soichi Muroi,
"Polymer colloid", edited by The Society of Polymer Science, Kyoritsu Shuppan, 198
9), Known Example 7 (T. Sato, DG Hasko, and H. Ahmed,
"Nanoscale colloidal particles: Monolayer organiz
ation and patterning, "J. Vac. Sci. & Tech. B15 (1),
Jan / Feb 1997, pp. 45-48) show polystyrene colloid microspheres and noble metal colloid fine particles dispersed in a solvent. The surface of colloidal fine particles such as polystyrene colloidal microspheres and precious metal colloidal fine particles is covered with a coating molecular layer such as a surfactant layer and a ligand layer, and the colloidal fine particles are waned by the steric hindrance effect of the coating molecular layer. It is possible to stably disperse without deagglomerating by overcoming the Delwars attractive force, and there is a case where the coating molecular layer bears a charge generated by ionization in a solvent. Repulsive forces are exerted on each other, and the repulsive force keeps the average distance between the colloidal fine particles at a predetermined value or more.
【００２４】一方、これらのコロイド微粒子をコロイド
微粒子同士が上下に重なり合うことなく均等に基板上に
付着させる方法が公知例７に示されている。このような
付着方法の特徴は、各コロイド微粒子に適合した両親媒
性分子を単分子層または単分子層以下の密度だけ基板上
に付着させる点にある。On the other hand, a method of uniformly adhering these colloidal fine particles onto a substrate without overlapping the colloidal fine particles with each other is disclosed in Known Example 7. A feature of such an attachment method is that an amphipathic molecule suitable for each colloidal fine particle is attached to a substrate at a density of a monolayer or a monolayer or less.
【００２５】図１、図２により本発明に係る微細柱状構
造の作製法について説明する。まず、図１(ａ)に示すよ
うに、Ｓｉ基板１０の表面にＳｉＯ2層１５を形成した
のち、酸素プラズマアッシング等を用いる有機汚染物質
除去処理を施す。この場合、ＳｉＯ2層１５はＳｉ基板
１０の表面に生ずる数ｎｍ以下の自然酸化膜でも十分に
その目的を達成することができる。また、ＳｉＯ2層１
５の表面はＯＨ基２０によって終端されている。つぎ
に、図１(ｂ)に示すように、Ｓｉ基板１０を常温の５ｍ
Ｍ（モル）程度のアミノシラン（(3-2-(Aminoethylamin
o) propyltrimethoxysilane, APTMS）水溶液に５分程度
浸すことにより、ＳｉＯ2層１５の表面にアミノシラン
分子を吸着させたのち、純粋洗浄を行ない、１２０℃の
オーブン内にて３０分程度加熱して反応を完成させるこ
とにより、単分子層以下の密度のアミノシラン吸着層２
５を形成する。このアミノシラン処理によってＳｉＯ2
層１５の表面はアミノシラン分子の一部であるアミノ基
２３によって終端される。つぎに、平均粒径２０ｎｍの
金コロイド微粒子３０を含む金コロイド水溶液中にアミ
ノシラン処理されたＳｉ基板１０を浸す。この場合、図
２(ａ)に示すように、金コロイド微粒子３０の表面に
は、その生成過程で発生するサーファクタント層である
クエン酸イオン吸着層３５が存在しており、クエン酸イ
オン吸着層３５のイオンが担う電荷によって金コロイド
微粒子３０が溶液中に分散し、盛んにブラウン運動をし
ている。その結果、これら金コロイド微粒子３０は溶液
中に浸されたＳｉ基板１０のＳｉＯ2層１５の表面に衝
突する機会を持つ。そして、ＳｉＯ2層１５の表面に金
コロイド微粒子３０が衝突したときには、アミノ基２３
の金コロイド微粒子３０の表面に対する反応性により速
やかに化学結合が形成され、金コロイド微粒子３０はＳ
ｉＯ2層１５の表面に固定される。そして、図２(ｂ)に
示すように、ＳｉＯ2層１５の表面に接していない金コ
ロイド微粒子３０の表面にはクエン酸イオン吸着層３５
が存在しており、クエン酸イオン吸着層３５は電荷を担
っているから、溶液沖合いからＳｉ基板１０上に進入し
ようとする金コロイド微粒子３０にはＳｉ基板１０上に
既に固定されている金コロイド微粒子３０からのクーロ
ン斥力３９が作用し、金コロイド微粒子３０はＳｉＯ2
層１５上に既に固定されている金コロイド微粒子３０の
近傍には付着することができず、ＳｉＯ2層１５の表面
の金コロイド微粒子３０の密度の薄い場所（サイト）に
導かれて付着する。このような過程が繰り返されること
により、ＳｉＯ2層１５の表面は次第に金コロイド微粒
子３０で埋め尽くされてゆく。つぎに、金コロイド微粒
子３０をマスクとしてリアクティブイオンエッチング
（ＲＩＥ）を行なうことにより微細柱状構造を作製す
る。A method for manufacturing a fine columnar structure according to the present invention will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 1A, after an SiO 2 layer 15 is formed on the surface of a Si substrate 10, an organic contaminant removal process using oxygen plasma ashing or the like is performed. In this case, even if the SiO 2 layer 15 is a natural oxide film having a thickness of several nm or less generated on the surface of the Si substrate 10, the purpose can be sufficiently achieved. Also, the SiO 2 layer 1
The surface of No. 5 is terminated by an OH group 20. Next, as shown in FIG.
M (mol) aminosilane ((3-2- (Aminoethylamin
o) The aminosilane molecules are adsorbed on the surface of the SiO 2 layer 15 by immersion in an aqueous solution of propyltrimethoxysilane (APTMS) for about 5 minutes, and then pure cleaning is performed. The reaction is performed by heating in an oven at 120 ° C. for about 30 minutes. By completing this, the aminosilane adsorption layer 2 having a density equal to or less than a monomolecular layer can be obtained.
5 is formed. By this aminosilane treatment, SiO 2
The surface of layer 15 is terminated by amino groups 23 that are part of aminosilane molecules. Next, the aminosilane-treated Si substrate 10 is immersed in an aqueous gold colloid solution containing colloidal gold particles 30 having an average particle diameter of 20 nm. In this case, as shown in FIG. 2A, a citrate ion-adsorbing layer 35 which is a surfactant layer generated in the process of forming the colloidal gold particles 30 is present on the surface of the colloidal gold particles 30. The gold colloidal fine particles 30 are dispersed in the solution by the charge carried by the ions, and actively perform Brownian motion. As a result, these colloidal gold particles 30 have a chance to collide with the surface of the SiO 2 layer 15 of the Si substrate 10 immersed in the solution. When the colloidal gold particles 30 collide with the surface of the SiO 2 layer 15, the amino groups 23
Is rapidly formed due to the reactivity of the gold colloid fine particles 30 with the surface thereof, and the gold colloid fine particles 30
It is fixed on the surface of the iO 2 layer 15. Then, as shown in FIG. 2B, the surface of the colloidal gold particles 30 not in contact with the surface of the SiO 2 layer 15 is
Is present, and the citrate ion adsorption layer 35 carries electric charge, so that the gold colloid particles 30 that are about to enter the Si substrate 10 from the offshore of the solution are the gold colloid already fixed on the Si substrate 10. Coulomb repulsion 39 acts from the microparticles 30, the gold colloid particles 30 are SiO 2
It cannot adhere to the vicinity of the colloidal gold particles 30 already fixed on the layer 15, but is guided to a place (site) where the density of the colloidal gold particles 30 is low on the surface of the SiO 2 layer 15. By repeating such a process, the surface of the SiO 2 layer 15 is gradually filled with the colloidal gold particles 30. Next, reactive ion etching (RIE) is performed using the gold colloidal fine particles 30 as a mask to produce a fine columnar structure.
【００２６】このような微細柱状構造の作製法において
は、各金コロイド微粒子３０はクーロン斥力３９のため
に互いに一定の距離を保ったまま付着し、ＳｉＯ2層１
５の表面の金コロイド微粒子３０の付着密度が一定のレ
ベルに達すると、既に付着している金コロイド微粒子３
０からの斥力を避けて到達できる基板上の場所がなくな
り、金コロイド微粒子３０の付着密度はそれ以上増加し
なくなる。したがって、金コロイド微粒子３０の付着過
程は自律的に終了し、サブモノレーヤ（sub monolaye
r）以下の付着密度すなわち単分子層以下の付着密度に
留まる。一方、この付着方法の原理から明らかなよう
に、ＳｉＯ2層１５の表面に到達した金コロイド微粒子
３０はＳｉＯ2層１５の表面に強く結合するから、金コ
ロイド微粒子３０はＳｉＯ2層１５の表面を移動するこ
とができず、相互の位置を再配置できないので、結晶格
子のような規則的な二次元構造を取ることはない。しか
しながら、十分広い範囲で見た金コロイド微粒子３０の
付着密度の均一性は優れており、また再現性良く付着す
ることができる。したがって、微細柱状構造の平均間
隔、相互配置の制御が可能である。たとえば、平均粒径
２０ｎｍの金コロイド微粒子３０の水溶液を用いた場
合、金コロイド微粒子３０間の平均間隔すなわち微細柱
状構造の平均間隔は３０ｎｍ程度である。In the method of manufacturing such a fine columnar structure, the colloidal gold particles 30 adhere to each other while keeping a certain distance from each other due to the Coulomb repulsion 39, and the SiO 2 layer 1 is formed.
When the adhesion density of the gold colloidal fine particles 30 on the surface of the surface 5 reaches a certain level, the gold colloidal fine particles 3
There is no place on the substrate that can be reached by avoiding repulsion from zero, and the adhesion density of the colloidal gold particles 30 does not increase any more. Therefore, the attaching process of the colloidal gold particles 30 is autonomously terminated, and the sub-monolayer
r) The adhesion density is equal to or less than the adhesion density, that is, equal to or less than the monolayer. On the other hand, as is clear from the principles of the deposition process, since gold colloid particles 30 that reach the surface of the SiO 2 layer 15 is strongly bound to the surface of the SiO 2 layer 15, the gold colloid particles 30 is the surface of the SiO 2 layer 15 Cannot be moved and their positions cannot be rearranged, so that they do not take a regular two-dimensional structure such as a crystal lattice. However, the uniformity of the adhesion density of the gold colloid fine particles 30 in a sufficiently wide range is excellent, and the gold colloid particles 30 can be adhered with good reproducibility. Therefore, it is possible to control the average interval and the mutual arrangement of the fine columnar structures. For example, when an aqueous solution of colloidal gold particles 30 having an average particle size of 20 nm is used, the average interval between the colloidal gold particles 30, that is, the average interval of the fine columnar structures is about 30 nm.
【００２７】図３は金コロイド微粒子の基板への付着状
況を示す平面図である。図に示すように、ＳｉＯ2層１
５の表面に金コロイド微粒子３０が均一に付着してい
る。なお、ｒは金コロイド微粒子３０の中心位置からの
距離であり、ｒ0は金コロイド微粒子３０の半径であ
り、ρ(ｒ)は金コロイド微粒子３０の中心位置からの距
離ｒの位置に他の金コロイド微粒子３０の中心位置が見
出される確率である。FIG. 3 is a plan view showing the state of adhesion of colloidal gold particles to the substrate. As shown in FIG, SiO 2 layer 1
5, the colloidal gold fine particles 30 are uniformly attached. Note that r is the distance from the center position of the colloidal gold particles 30, r 0 is the radius of the colloidal gold particles 30, and ρ (r) is another distance r from the center position of the colloidal gold particles 30. This is the probability that the center position of the colloidal gold particles 30 is found.
【００２８】図４は図３に示した場合における距離ｒと
確率ρ(ｒ)との関係すなわち動径分布関数を示すグラフ
である。このグラフから明らかなように、各金コロイド
微粒子３０は剛体球と考えられるから、距離ｒが半径ｒ
0の２倍の位置より内側に他の金コロイド微粒子３０が
近づく確率ρ(ｒ)はゼロであり、また金コロイド微粒子
３０間の静電的相互作用により、他の金コロイド微粒子
３０が金コロイド微粒子３０の直径２ｒ0の位置までに
近づくことも極めて希である。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the distance r and the probability ρ (r), that is, the radial distribution function in the case shown in FIG. As is clear from this graph, since each gold colloid particle 30 is considered to be a hard sphere, the distance r is equal to the radius r.
The probability ρ (r) of the other colloidal gold particles 30 approaching the inside of the position twice as large as 0 is zero, and the other colloidal gold particles 30 are collided by the electrostatic interaction between the colloidal gold particles 30. It is extremely rare that the particle 30 approaches the position of the diameter 2r 0 .
【００２９】上記の金コロイド微粒子の付着の原理から
明らかなように、コロイド微粒子の担う電荷量および両
親媒性分子（上記の例ではアミノシラン）の有する官能
基（上記の例ではアミノ基）とコロイド微粒子表面との
反応性を選択することにより、基板上に付着するコロイ
ド微粒子の密度または平均間隔を制御することができ
る。この両親媒性分子としてはアルカン鎖を有する様々
の分子の利用が可能であり、基板表面およびコロイド微
粒子表面との反応性の違いによって、官能基の種類を選
択して用いることができる。たとえば、メルカプト基を
アミノ基の代わり用いることができ、多くの金属元素か
らなるコロイド微粒子の固定化が可能となる。メルカト
基を有する分子としては多くのアルカンチオール分子が
有用である。また、アミノシランはポリスチレンラテッ
クスコロイド微粒子の固定にも有用である。カルボキシ
レート処理を施したポリスチレンラテックスコロイド微
粒子を用いれば、カルボキシル基の水溶液中でのイオン
化によりポリスチレンラテックスコロイド微粒子が電荷
を持ち、金コロイド微粒子と同様の挙動を示す。同様
に、カルボキシル基とアミノシランとの反応により、ポ
リスチレンコロイド微粒子の固定も可能となる。As is clear from the principle of the adhesion of the colloidal gold particles, the amount of charge carried by the colloidal particles, the functional group (amino group in the above example) of the amphipathic molecule (aminosilane in the above example) and the colloid By selecting the reactivity with the surface of the fine particles, it is possible to control the density or the average interval of the colloidal fine particles adhering to the substrate. Various molecules having an alkane chain can be used as the amphipathic molecule, and the type of functional group can be selected and used depending on the difference in reactivity between the substrate surface and the colloid fine particle surface. For example, a mercapto group can be used instead of an amino group, and it is possible to fix colloidal fine particles composed of many metal elements. Many alkanethiol molecules are useful as molecules having a mercapto group. Aminosilane is also useful for fixing polystyrene latex colloid fine particles. When polystyrene latex colloid fine particles subjected to carboxylate treatment are used, the polystyrene latex colloid fine particles have a charge due to ionization of the carboxyl group in an aqueous solution, and exhibit the same behavior as gold colloid fine particles. Similarly, the reaction between the carboxyl group and the aminosilane enables the fixation of polystyrene colloid fine particles.
【００３０】図１、図２により説明した微細柱状構造の
作製法においては、金コロイド微粒子３０はその表面に
電荷を有する被覆分子層すなわちクエン酸イオン吸着層
３５に被覆されていて、クエン酸イオン吸着層３５によ
るクーロン斥力によって互いの衝突を避け、ファンデル
ワールス力による金コロイド微粒子３０同士の不可逆的
凝集を免れていた。しかし、上述した如く、電荷を有し
ない被覆分子層の立体障害効果によってコロイド粒子間
の不可逆的凝集を免れることもできる。たとえば、金コ
ロイド微粒子では官能基にメチル基を有しているアルカ
ンチオールを用い、金コロイド微粒子の表面に電荷を有
しないアルカンチオール被覆分子層を被覆すると、溶媒
中のメチル基のイオン化は無視でき、被覆分子層による
クーロン斥力は存在しなくなる。しかし、金コロイド微
粒子同士がアルカンチオール分子の長さに相当する距離
に近ずくと、アルカンチオール被覆分子層同士の立体障
害効果により斥力が発生し、不可逆的凝集は起こらな
い。アルカンチオール被覆分子層に被覆された金コロイ
ド微粒子の生成法はたとえば公知例８（M. Brust, J.Fi
nk, D. Bethell, D. J. Schiffrin, and C. Kiely, Jiu
nal of Chemical Society, Chemical Communications,
1995, pp.1665-1666.）および公知例９（T. Sato, D. B
rown, and B. F. G. Johnson, "Nucleation and growth
of nano-goldcolloidal lattices," J. Chem. Soc., C
hem. Commn., 10, May, 1997, pp.1007-1008.）に述べ
られている。また、公知例６に示されたポリスチレン微
小球においても、カルボキシル基で終端されていない粒
子を用いて同様な効果が得られる。In the method of manufacturing the fine columnar structure described with reference to FIGS. 1 and 2, the colloidal gold particles 30 are covered with a coating molecular layer having a charge on their surface, that is, a citrate ion adsorption layer 35, and the citrate ion The Coulomb repulsion by the adsorbing layer 35 avoided collisions with each other and avoided irreversible aggregation of the colloidal gold particles 30 due to Van der Waals' forces. However, as described above, the irreversible aggregation between the colloid particles can be avoided by the steric hindrance effect of the coating molecule layer having no charge. For example, if the colloidal gold particles use an alkanethiol having a methyl group as a functional group and the surface of the colloidal gold particles is coated with an uncharged alkanethiol-coated molecular layer, ionization of the methyl group in the solvent can be ignored. The Coulomb repulsion by the coating molecular layer no longer exists. However, when the colloidal gold particles approach a distance corresponding to the length of the alkanethiol molecule, a repulsive force is generated due to a steric hindrance effect between the alkanethiol-coated molecular layers, and irreversible aggregation does not occur. A method for producing colloidal gold particles coated on an alkanethiol-coated molecular layer is described in, for example, Known Example 8 (M. Brust, J. Fi.
nk, D. Bethell, DJ Schiffrin, and C. Kiely, Jiu
nal of Chemical Society, Chemical Communications,
1995, pp. 1665-1666.) And Known Example 9 (T. Sato, D. B.
rown, and BFG Johnson, "Nucleation and growth
of nano-goldcolloidal lattices, "J. Chem. Soc., C
hem. Commn., 10, May, 1997, pp. 1007-1008.). Further, the same effect can be obtained also in the polystyrene microspheres shown in the known example 6 by using particles not terminated with a carboxyl group.
【００３１】このような電荷を有しない被覆分子層に被
覆されたコロイド微粒子を公知例９または公知例２に述
べられている方法によって基板に付着させると、最稠密
構造を有するコロイド微粒子の単分子層（モノレーヤ）
を形成することができる。When the colloidal fine particles coated with such a coating molecule layer having no charge are adhered to a substrate by the method described in the known example 9 or the known example 2, a single molecule of the colloidal fine particles having a close-packed structure is obtained. Layer (monolayer)
Can be formed.
【００３２】つぎに、本発明に係る他の微細柱状構造の
作製法について説明する。まず、図１(ａ)、(ｂ)、図２
(ａ)に示した方法と同様にして、Ｓｉ基板１０の表面に
ＳｉＯ2層１５を形成し、ＳｉＯ2層１５の表面に単分子
層以下の密度のアミノシラン吸着層２５を形成し、クエ
ン酸イオン吸着層３５を有する平均粒径２０ｎｍの金コ
ロイド微粒子３０をＳｉＯ2層１５の表面に固定する。
つぎに、基板をアルカンチオール処理し、ＳｉＯ2層１
５の表面に固定された金コロイド微粒子３０をアルカン
チオール被覆分子層３６に被覆された金コロイド微粒子
３１とする。つぎに、金コロイド水溶液中に基板を浸
し、クエン酸イオン吸着層３５を有する金コロイド微粒
子３０をＳｉＯ2層１５の表面に固定する。つぎに、基
板をアルカンチオール処理し、ＳｉＯ2層１５の表面に
新たに固定された金コロイド微粒子３０をアルカンチオ
ール被覆分子層３６に被覆された金コロイド微粒子３１
とする。このような操作を繰り返して、図５に示すよう
に、金コロイド微粒子３１をＳｉＯ2層１５の表面に規
則的に付着させる。つぎに、金コロイド微粒子３１をマ
スクとしてリアクティブイオンエッチングを行なうこと
により微細柱状構造を作製する。この場合、エッチング
中にＳｉ基板１０のエッチングと同時に金コロイド微粒
子３１のエッチングが進行し、直径が縮小した金微粒子
となる。Next, a method for manufacturing another fine columnar structure according to the present invention will be described. First, FIG. 1 (a), (b), FIG.
In the same manner as shown in (a), a SiO 2 layer 15 on the surface of the Si substrate 10, to form an aminosilane adsorption layer 25 surface of the monolayer or less of the density of the SiO 2 layer 15, citric acid Gold colloid fine particles 30 having an average particle diameter of 20 nm and having an ion adsorption layer 35 are fixed on the surface of the SiO 2 layer 15.
Next, the substrate is subjected to alkanethiol treatment, and the SiO 2 layer 1
The colloidal gold particles 30 fixed on the surface of No. 5 are referred to as colloidal gold particles 31 coated on the alkanethiol-coated molecular layer 36. Next, the substrate is immersed in an aqueous solution of gold colloid, and the gold colloid fine particles 30 having the citrate ion adsorption layer 35 are fixed on the surface of the SiO 2 layer 15. Next, the substrate is subjected to alkanethiol treatment, and the colloidal gold particles 30 newly fixed on the surface of the SiO 2 layer 15 are colloidal gold particles 31 coated on the alkanethiol-coated molecular layer 36.
And By repeating such an operation, the gold colloid fine particles 31 are regularly adhered to the surface of the SiO 2 layer 15 as shown in FIG. Next, reactive ion etching is performed using the gold colloidal fine particles 31 as a mask to form a fine columnar structure. In this case, the etching of the colloidal gold particles 31 proceeds simultaneously with the etching of the Si substrate 10 during the etching, resulting in gold particles having a reduced diameter.
【００３３】図６は図５に示した場合における距離ｒと
確率ρ(ｒ)との関係すなわち動径分布関数を示すグラフ
である。このグラフから明らかなように、各金コロイド
微粒子３１は剛体球と考えられるから、距離ｒが半径ｒ
0の２倍の位置より内側に他の金コロイド微粒子３１が
近づく確率ρ(ｒ)はゼロである。また、規則性を反映し
て動径分布関数は多くの鋭いピーク値を持ち、これらの
ピーク位置は各金コロイド微粒子３１の半径ｒ0の大き
さとアルカンチオール被覆分子層３６の厚さすなわち吸
着分子の長さによって決まる。ただし、各金コロイド微
粒子３１の半径ｒ0のばらつき、付着プロセスの不完全
性を反映して、動径分布関数のピークは一定の幅を持っ
ている。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the distance r and the probability ρ (r), that is, the radial distribution function in the case shown in FIG. As is clear from this graph, since each gold colloid fine particle 31 is considered to be a hard sphere, the distance r is equal to the radius r.
The probability ρ (r) of another colloidal gold particle 31 approaching inside the position twice as large as 0 is zero. In addition, the radial distribution function has many sharp peak values reflecting the regularity, and these peak positions are determined by the size of the radius r 0 of each gold colloidal fine particle 31 and the thickness of the alkanethiol-coated molecular layer 36, that is, the adsorbed molecule. Determined by the length of However, the peak of the radial distribution function has a certain width, reflecting the variation of the radius r 0 of each of the gold colloidal fine particles 31 and the imperfection of the attachment process.
【００３４】つぎに、図７により本発明に係る他の微細
柱状構造の作製法について説明する。まず、図７(ａ)に
示すように、薄い自然酸化膜を有するＳｉ基板１０の表
面上にアミノシラン吸着層２５を形成したのち、カルボ
キシレート処理を施した平均粒径５０ｎｍのポリスチレ
ンコロイド微粒子４０をアミノシラン吸着層２５の表面
に付着させる。この場合、ポリスチレンコロイド微粒子
４０間にはたらくクーロン斥力によって、ポリスチレン
コロイド微粒子４０の間隔が決定され、ポリスチレンコ
ロイド微粒子４０の平均間隔は４０ｎｍ程度となる。つ
ぎに、図７(ｂ)に示すように、ポリスチレンコロイド微
粒子４０をエッチングマスクとして、炭化フッ素系エッ
チングガスを用いたリアクティブイオンエッチングを行
なって、平均直径が約２５ｎｍ、高さが１００ｎｍでア
スペクト比が４であるＳｉの微細柱状構造１００を作製
する。この場合、エッチング中においてＳｉ基板１０の
エッチングと同時にポリスチレンコロイド微粒子４０の
エッチングも進行し、より小さな粒径を有するポリスチ
レン微粒子４１となった。このポリスチレン粒子４０の
エッチングを反映して、得られた微細柱状構造１００の
直径は最初のポリスチレンコロイド微粒子４０の直径よ
り小さく、縮小したポリスチレン微粒子４１の粒径程度
となった。同時に、得られた微細柱状構造１００間の平
均間隔は７０ｎｍ程度まで開いた。なお、本方法の原理
から、用いるポリスチレンコロイド微粒子４０の直径を
変えることにより、得られる微細柱状構造１００の直径
および平均間隔を変化させ得ることは明らかである。つ
ぎに、残ったポリスチレン微粒子４１およびアミノシラ
ン吸着層２５を引き続く酸素プラズマアッシングにより
完全に除去する。Next, a method of manufacturing another fine columnar structure according to the present invention will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 7A, after forming an aminosilane adsorption layer 25 on the surface of a Si substrate 10 having a thin native oxide film, polystyrene colloid fine particles 40 having an average particle diameter of 50 nm subjected to carboxylate treatment are formed. It is attached to the surface of the aminosilane adsorption layer 25. In this case, the distance between the polystyrene colloid fine particles 40 is determined by the Coulomb repulsion acting between the polystyrene colloid fine particles 40, and the average distance between the polystyrene colloid fine particles 40 is about 40 nm. Next, as shown in FIG. 7B, reactive ion etching using a fluorocarbon-based etching gas is performed using the polystyrene colloid fine particles 40 as an etching mask to obtain an average diameter of about 25 nm, a height of 100 nm, and an aspect ratio of 100 nm. A Si fine columnar structure 100 having a ratio of 4 is produced. In this case, the etching of the polystyrene colloid fine particles 40 proceeded simultaneously with the etching of the Si substrate 10 during the etching, resulting in polystyrene fine particles 41 having a smaller particle diameter. Reflecting the etching of the polystyrene particles 40, the diameter of the obtained fine columnar structure 100 was smaller than the diameter of the first polystyrene colloid fine particles 40, and was about the same as that of the reduced polystyrene fine particles 41. At the same time, the average interval between the obtained fine columnar structures 100 was widened to about 70 nm. It is clear from the principle of the present method that the diameter and average interval of the obtained fine columnar structure 100 can be changed by changing the diameter of the polystyrene colloid fine particles 40 used. Next, the remaining polystyrene fine particles 41 and the aminosilane adsorption layer 25 are completely removed by subsequent oxygen plasma ashing.
【００３５】つぎに、図８、図９により本発明に係る他
の微細柱状構造の作製法について説明する。まず、図８
（(ａ)は平面図、(ｂ)は断面図）に示すように、カルボ
キシレート処理を施していない平均粒径５０ｎｍのポリ
スチレンコロイド微粒子５０を薄い自然酸化膜を有する
Ｓｉ基板１０の表面上に付着さる。この場合、ポリスチ
レンコロイド微粒子５０は最稠密構造となった。つぎ
に、図９（(ａ)は平面図、(ｂ)は断面図）に示すよう
に、ポリスチレンコロイド微粒子５０をエッチングマス
クとして、炭化フッ素系エッチングガスを用いたリアク
ティブイオンエッチングを行ない、平均直径が約２５ｎ
ｍ、高さが１００ｎｍで、アスペクト比が４であるＳｉ
の微細柱状構造１１０を作製する。この場合、エッチン
グ中にＳｉ基板１０のエッチングと同時にポリスチレン
コロイド微粒子５０のエッチングが進行し、直径２５ｎ
ｍの縮小したポリスチレン微粒子５１となった。このポ
リスチレン微粒子５１のエッチングを反映して、得られ
た微細柱状構造１１０の直径は最初のポリスチレンコロ
イド微粒子５０の直径より小さい２５ｎｍ程度となっ
た。この例では、最初のポリスチレンコロイド微粒子５
０の最稠密構造の配置を反映して、得られた微細柱状構
造１１０間は互いに一定の間隔で、微細柱状構造１１０
は格子状に配置されている。また、微細柱状構造１１０
の間隔は５０ｎｍ程度である。なお、本方法の原理か
ら、用いるポリスチレンコロイド微粒子５０の直径を変
えることにより、微細柱状構造１１０の直径を変化させ
得ることは明らかである。つぎに、残ったポリスチレン
微粒子５１を引き続く酸素プラズマアッシングにより完
全に除去する。Next, another method for manufacturing a fine columnar structure according to the present invention will be described with reference to FIGS. First, FIG.
As shown in (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view, a polystyrene colloid fine particle 50 having an average particle diameter of 50 nm, which has not been subjected to a carboxylate treatment, is placed on the surface of a Si substrate 10 having a thin natural oxide film. Stick. In this case, the polystyrene colloid fine particles 50 had a densest structure. Next, as shown in FIG. 9 ((a) is a plan view, (b) is a cross-sectional view), reactive ion etching using a fluorocarbon-based etching gas is performed using the polystyrene colloid fine particles 50 as an etching mask, and the average About 25n in diameter
m, Si with a height of 100 nm and an aspect ratio of 4
Is manufactured. In this case, the etching of the polystyrene colloidal fine particles 50 proceeds simultaneously with the etching of the Si substrate 10 during the etching, and the diameter 25 n
Thus, polystyrene fine particles 51 having a reduced m were obtained. Reflecting the etching of the polystyrene fine particles 51, the diameter of the obtained fine columnar structure 110 was about 25 nm smaller than the diameter of the first polystyrene colloid fine particles 50. In this example, the first polystyrene colloid fine particles 5
0, the obtained fine columnar structures 110 are spaced at regular intervals from each other to reflect the arrangement of the densest structures.
Are arranged in a lattice. Also, the fine columnar structure 110
Is about 50 nm. It is clear from the principle of the present method that the diameter of the fine columnar structure 110 can be changed by changing the diameter of the polystyrene colloid fine particles 50 used. Next, the remaining polystyrene fine particles 51 are completely removed by subsequent oxygen plasma ashing.
【００３６】なお、上述実施の形態においては、ポリス
チレンコロイド微粒子５０をリアクティブイオンエッチ
ングによってポリスチレン微粒子５１にしたが、コロイ
ド微粒子をイオンミリングによってより小さい粒径の微
粒子にしてもよい。In the above-described embodiment, the polystyrene colloid fine particles 50 are made into the polystyrene fine particles 51 by reactive ion etching. However, the colloidal fine particles may be made into smaller fine particles by ion milling.
【００３７】つぎに、図１０、図１１により本発明に係
る他の微細柱状構造の作製法について説明する。まず、
図１０(ａ)に示すように、Ｓｉ基板１０の上にＳｉＯ2
層６０を形成したのち、図７で説明した微細柱状構造の
作製法と同様の方法によって、ＳｉＯ2層６０上にポリ
スチレンコロイド微粒子４０を付着させる。つぎに、図
１０(ｂ)に示すように、ＣＦ4系ガスを用いたリアクテ
ィブイオンエッチングによってＳｉＯ2層６０をエッチ
ングすることにより、パタン化された二次マスク層６１
を形成する。このとき、ポリスチレンコロイド微粒子４
０も若干エッチングされてポリスチレン微粒子４１とな
る。つぎに、図１１に示すように、酸素プラズマを用い
て残ったポリスチレン微粒子４１をアッシングして取り
除いたのち、ＨＢｒ系ガスを用いたリアクティブイオン
エッチングによってＳｉ基板１０を選択的にエッチング
し、直径３０ｎｍ、高さ３００ｎｍでアスペクト比が１
０である微細柱状構造１２０を形成する。Next, another method of manufacturing a fine columnar structure according to the present invention will be described with reference to FIGS. First,
As shown in FIG. 10A, an SiO 2
After the formation of the layer 60, the polystyrene colloid fine particles 40 are adhered on the SiO 2 layer 60 by the same method as the method for manufacturing the fine columnar structure described with reference to FIG. Next, as shown in FIG. 10B, the patterned secondary mask layer 61 is etched by etching the SiO 2 layer 60 by reactive ion etching using a CF 4 -based gas.
To form At this time, the polystyrene colloid fine particles 4
0 is slightly etched to become polystyrene fine particles 41. Next, as shown in FIG. 11, after the remaining polystyrene fine particles 41 were removed by ashing using oxygen plasma, the Si substrate 10 was selectively etched by reactive ion etching using an HBr-based gas, and the diameter was reduced. 30 nm, height 300 nm and aspect ratio 1
A fine columnar structure 120 of 0 is formed.
【００３８】この微細柱状構造の製作法においては、Ｓ
ｉＯ2からなる二次マスク層６１を形成しており、ＨＢ
ｒ系ガスを用いたリアクティブイオンエッチングの選択
性が高いことから、微細柱状構造１２０のアスペクト比
を大きくすることができる。In the method of manufacturing this fine columnar structure, S
A secondary mask layer 61 made of iO 2 is formed.
Since the selectivity of reactive ion etching using an r-based gas is high, the aspect ratio of the fine columnar structure 120 can be increased.
【００３９】つぎに、図１２、図１３により本発明に係
る他の微細柱状構造の作製法について説明する。まず、
図１２(ａ)に示すように、Ｓｉ基板１０上に形成された
Ｗ（タングステン）層７５の上にＡｌ（アルミニウム）
層７０を形成したのち、図７で説明した微細柱状構造の
作製法と同様の方法によって、コロイド微粒子４０をＡ
ｌ層７０上に付着させる。つぎに、図１２(ｂ)に示すよ
うに、Ｃｌ4系ガスを用いたリアクティブイオンエッチ
ングによってＡｌ層７０をエッチングすることにより、
パタン化された二次マスク層７１を形成する。この場
合、ポリスチレンコロイド微粒子４０はエッチングされ
ポリスチレン微微粒子４１となる。つぎに、図１３に示
すように、酸素プラズマを用いて残ったポリスチレン微
微粒子４１をアッシングして取り除いたのち、ＳＦ6系
ガスを用いたリアクティブイオンエッチングによってＷ
層７５を選択的にエッチングし、直径３０ｎｍ、高さ３
００ｎｍでアスペクト比が１０でありかつＷからなる微
細柱状構造１３０を形成する。Next, a method of manufacturing another fine columnar structure according to the present invention will be described with reference to FIGS. First,
As shown in FIG. 12A, an Al (aluminum) is formed on a W (tungsten) layer 75 formed on a Si substrate 10.
After the formation of the layer 70, the colloidal fine particles 40 are converted into A by the same method as the method of manufacturing the fine columnar structure described with reference to FIG.
Deposit on the l-layer 70. Next, as shown in FIG. 12B, by etching the Al layer 70 by reactive ion etching using a Cl 4 -based gas,
A patterned secondary mask layer 71 is formed. In this case, the polystyrene colloid fine particles 40 are etched to become polystyrene fine particles 41. Next, as shown in FIG. 13, the remaining polystyrene fine particles 41 are removed by ashing using oxygen plasma, and then reactive ion etching using SF 6 -based gas is performed.
Layer 75 is selectively etched to a diameter of 30 nm and a height of 3
A fine columnar structure 130 made of W and having an aspect ratio of 10 and a thickness of 100 nm is formed.
【００４０】この微細柱状構造の製作法においては、Ａ
ｌからなる二次マスク層７１を形成しており、ＳＦ6系
ガスを用いたリアクティブイオンエッチングの選択性が
高いことから、微細柱状構造１３０のアスペクト比を大
きくすることができる。In the method of manufacturing this fine columnar structure, A
Since the secondary mask layer 71 made of l is formed and the selectivity of reactive ion etching using SF 6 -based gas is high, the aspect ratio of the fine columnar structure 130 can be increased.
【００４１】このように、二次マスク層を形成する場合
には、基板または被エッチング部に対して十分な選択性
を有するエッチング条件とマスク材料との組み合わせを
考慮する必要がある。As described above, when forming the secondary mask layer, it is necessary to consider a combination of the etching conditions and the mask material having sufficient selectivity to the substrate or the portion to be etched.
【００４２】なお、図１０、図１１により説明した微細
柱状構造の作製法、図１２、図１３により説明した微細
柱状構造の作製法においては、図７で説明した微細柱状
構造の作製法と同様の方法によってコロイド微粒子を付
着させたが、図８、図９で説明した微細柱状構造の作製
法と同様の方法によってコロイド微粒子を付着させても
よい。The method for manufacturing the fine columnar structure described with reference to FIGS. 10 and 11 and the method for manufacturing the fine columnar structure described with reference to FIGS. 12 and 13 are the same as those for manufacturing the fine columnar structure described with reference to FIG. Although the colloidal fine particles are adhered by the method described in the above, the colloidal fine particles may be adhered by the same method as the method for producing the fine columnar structure described with reference to FIGS.
【００４３】これまではコロイド微粒子直下がエッチン
グを免れる微細柱状構造の作製法に述べてきたが、コロ
イド微粒子近傍のみをエッチングすれば微細トレンチ、
微細孔を作製することができる。So far, a method of fabricating a fine columnar structure in which the portion immediately below the colloidal fine particles can be prevented from being etched has been described.
Micropores can be created.
【００４４】つぎに、図１４、図１５により本発明に係
る微細トレンチの作製法について説明する。まず、図１
４(ａ)に示すように、図７で説明した微細柱状構造の作
製法と同様の方法によって、Ｓｉ基板１０上にポリスチ
レンコロイド微粒子４０を付着させる。つぎに、Ａｌを
Ｓｉ基板１０に対して傾斜した方向から蒸着（斜め蒸
着）し、図１４(ｂ)に示すような二次マスク層８０を形
成する。この場合、蒸着時にポリスチレンコロイド微粒
子４０の陰となった部分にはＡｌが付着せず、Ｓｉ基板
１０の表面が残される。次に、図１５(ａ)に示すよう
に、Ｏ2プラズマを用いてポリスチレンコロイド微粒子
４０を除去するとともに、二次マスク層８０の表面に酸
化層を形成したのち、Ｃｌ2系ガスを用いてＳｉ基板１
０のエッチングを行なうことにより、微細トレンチ１５
０を形成する。この場合、Ｏ2プラズマによって形成さ
れた二次マスク層８０の酸化層がＳｉ基板１０と二次マ
スク層８０とのエッチングの選択性を増強する。つぎ
に、図１５(ｂ)に示すように、ＢＣｌ3ガスを含むＣｌ2
系ガスを用いたエッチングにより二次マスク層８０を除
去する。なお、Ｓｉ基板１０のエッチングはＣＦ4系ガ
スを用いても同様な効果を得る。Next, a method for manufacturing a fine trench according to the present invention will be described with reference to FIGS. First, FIG.
As shown in FIG. 4A, the polystyrene colloid fine particles 40 are adhered onto the Si substrate 10 by the same method as the method for manufacturing the fine columnar structure described with reference to FIG. Next, Al is vapor-deposited (obliquely vapor-deposited) from the direction inclined with respect to the Si substrate 10 to form a secondary mask layer 80 as shown in FIG. In this case, Al does not adhere to the shaded portion of the polystyrene colloid fine particles 40 during the vapor deposition, and the surface of the Si substrate 10 remains. Next, as shown in FIG. 15 (a), to remove the polystyrene colloidal particles 40 using O 2 plasma, after forming an oxide layer on the surface of the secondary mask layer 80, using a Cl 2 based gas Si substrate 1
0, the fine trench 15
0 is formed. In this case, the oxide layer of the secondary mask layer 80 formed by the O 2 plasma enhances the etching selectivity between the Si substrate 10 and the secondary mask layer 80. Next, as shown in FIG. 15B, Cl 2 containing BCl 3 gas is used.
The secondary mask layer 80 is removed by etching using a system gas. The same effect can be obtained by etching the Si substrate 10 using a CF 4 gas.
【００４５】つぎに、図１６、図１７により本発明に係
る微細孔の作製法について説明する。まず、図１６(ａ)
に示すように、Ｓｉ基板１０上にＳｉＯ2層９０を形成
したのち、図７で説明した微細柱状構造の作製法と同様
の方法によって、ＳｉＯ2層９０上にポリスチレンコロ
イド微粒子４０を付着させる。つぎに、ＡｌをＳｉ基板
１０に対して傾斜した方向から蒸着（斜め蒸着）し、図
１６(ｂ)に示すような二次マスク層８０を形成する。こ
の場合、蒸着時にポリスチレンコロイド微粒子４０の陰
となった部分にはＡｌが付着せず、ＳｉＯ2層９０の表
面が残される。つぎに、図１７(ａ)に示すように、Ｏ2
プラズマを用いてポリスチレンコロイド微粒子４０を除
去し、続いてＣＦ4系ガスからなるエッチャントによ
り、ＳｉＯ2層９０のエッチングして、ＳｉＯ2層９０に
下地のＳｉ基板１０にまで貫通した微細孔１６０を形成
する。この場合、ＣＦ4系ガスのＳｉＯ2層９０と二次マ
スク層８０とに関する良好なエッチング選択性によりＳ
ｉＯ2層９０のみがエッチングされる。つぎに、図１７
(ｂ)に示すように、ＢＣｌ3ガスを含むＣｌ2系ガスを用
いたエッチングにより二次マスク層８０を除去する。Next, a method for forming micropores according to the present invention will be described with reference to FIGS. First, FIG.
As shown in FIG. 7, after the SiO 2 layer 90 is formed on the Si substrate 10, the polystyrene colloid fine particles 40 are adhered on the SiO 2 layer 90 by the same method as the method for manufacturing the fine columnar structure described with reference to FIG. Next, Al is vapor-deposited (obliquely vapor-deposited) from the direction inclined with respect to the Si substrate 10 to form a secondary mask layer 80 as shown in FIG. In this case, Al does not adhere to the shaded portion of the polystyrene colloid fine particles 40 during the vapor deposition, and the surface of the SiO 2 layer 90 remains. Next, as shown in FIG. 17 (a), O 2
The polystyrene colloid fine particles 40 are removed using plasma, and then the SiO 2 layer 90 is etched with an etchant made of CF 4 gas to form fine holes 160 penetrating the SiO 2 layer 90 to the underlying Si substrate 10. Form. In this case, a good etching selectivity for the SiO 2 layer 90 of the CF 4 -based gas and the secondary mask layer 80 makes it possible to use S 4
Only the iO 2 layer 90 is etched. Next, FIG.
As shown in (b), the secondary mask layer 80 is removed by etching using a Cl 2 -based gas containing BCl 3 gas.
【００４６】つぎに、図１８により本発明に係る微細パ
ターン薄膜の作製法について説明する。まず、図１８
(ａ)に示すように、図７で説明した微細柱状構造の作製
法と同様の方法によって、Ｓｉ基板１０上に直径約５０
ｎｍのポリスチレンコロイド微粒子４０を付着させる。
つぎに、図１８(ｂ)に示すように、蒸着により厚さ約２
０ｎｍのＡｌ層８１を形成する。この場合、蒸着時にポ
リスチレンコロイド微粒子４０の陰となった部分にはＡ
ｌが付着せず、Ｓｉ基板１０の表面が残される。つぎ
に、図１８(ｃ)に示すように、Ｏ2プラズマを用いてポ
リスチレンコロイド微粒子４０を除去して、微細パター
ン薄膜８２を形成する。Next, a method for producing a fine pattern thin film according to the present invention will be described with reference to FIG. First, FIG.
As shown in FIG. 7A, a diameter of about 50 mm is formed on the Si substrate 10 by the same method as the method of manufacturing the fine columnar structure described with reference to FIG.
The polystyrene colloid fine particles 40 of nm are attached.
Next, as shown in FIG.
An Al layer 81 having a thickness of 0 nm is formed. In this case, the portion shaded by the polystyrene colloid fine particles 40 during the vapor deposition is A
1 does not adhere, and the surface of the Si substrate 10 remains. Next, as shown in FIG. 18C, the polystyrene colloid fine particles 40 are removed by using O 2 plasma to form a fine pattern thin film 82.
【００４７】なお、図１４、図１５により説明した微細
トレンチの作製法、図１６、図１７により説明した微細
孔の作製法、図１８により説明した微細パターン薄膜の
作製法においては、図７で説明した微細柱状構造の作製
法と同様の方法によってコロイド微粒子４０を付着させ
たが、図８、図９で説明した微細柱状構造の作製法と同
様の方法によってコロイド微粒子を付着させてもよい。
この場合、十分大きな粒径を有するコロイド微粒子を用
い、十分な長い時間コロイド微粒子をエッチングしたの
ち、二次マスク層８０、Ａｌ層８１を形成する。In the method of forming a fine trench described with reference to FIGS. 14 and 15, the method of forming a fine hole described with reference to FIGS. 16 and 17, and the method of forming a fine pattern thin film described with reference to FIG. Although the colloidal fine particles 40 are adhered by the same method as the method for producing the fine columnar structure described above, the colloidal fine particles may be adhered by the same method as the method for producing the fine columnar structure described with reference to FIGS.
In this case, the secondary mask layer 80 and the Al layer 81 are formed after the colloidal fine particles having a sufficiently large particle diameter are etched for a sufficiently long time.
【００４８】つぎに、図１９〜図２１により本発明に係
る微細柱状構造の作製法を用いたＤＲＡＭのメモリー容
量部（ストレージノード部）の作製法について説明す
る。まず、図１９(ａ)に示すように、Ｓｉ基板１０にＭ
ＯＳトランジスタのソース領域２１０、ドレイン領域２
１１、ワードライン２００等を形成したのち、図８、図
９で説明した微細柱状構造の作製法と同様の方法によっ
て、ポリスチレンコロイド微粒子５１をドレイン領域２
１１に接続されたシリサイド層９５の表面に付着させ
る。つぎに、図１９(ｂ)に示すように、図８、図９で説
明した微細柱状構造の作製法と同様の方法によって、シ
リサイド層９５に高さｄの微細柱状構造１２１を形成す
る。つぎに、図２０(ａ)に示すように、微細柱状構造１
２１の表面を含むシリサイド層９５全体の表面に厚さ１
０ｎｍのＴａ2Ｏ5層１４０を形成する。つぎに、図２０
(ｂ)に示すように、対向電極層１４５を微細柱状構造１
２１間に埋め込む。つぎに、図２１(ａ)に示すように、
マスク層１４６を形成する。つぎに、図２１(ｂ)に示す
ように、マスク層１４６をマスクとして対向電極層１４
５、Ｔａ2Ｏ5層１４０、シリサイド層９５を一括してエ
ッチングし、メモリー容量部を形成する。Next, a method for manufacturing a memory capacity portion (storage node portion) of a DRAM using the method for manufacturing a fine columnar structure according to the present invention will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG.
OS transistor source region 210, drain region 2
11. After forming the word line 200 and the like, the polystyrene colloid fine particles 51 are removed from the drain region 2 by the same method as the method of manufacturing the fine columnar structure described with reference to FIGS.
11 is attached to the surface of the silicide layer 95 connected to the gate electrode 11. Next, as shown in FIG. 19B, a fine columnar structure 121 having a height d is formed on the silicide layer 95 by a method similar to the method of manufacturing the fine columnar structure described with reference to FIGS. Next, as shown in FIG.
Thickness 1 on the entire surface of the silicide layer 95 including the surface 21
A 0 nm Ta 2 O 5 layer 140 is formed. Next, FIG.
As shown in (b), the counter electrode layer 145 is
Embed between 21. Next, as shown in FIG.
A mask layer 146 is formed. Next, as shown in FIG. 21B, using the mask layer 146 as a mask,
5. The Ta 2 O 5 layer 140 and the silicide layer 95 are collectively etched to form a memory capacity portion.
【００４９】図２２は図２１(ｂ)の拡大Ａ−Ａ断面図で
ある。図に示すように、ＤＲＡＭのメモリー容量部の断
面は長方形であり、短辺の長さはｆ、長辺の長さは３ｆ
であって、ｆは最小加工寸法である。FIG. 22 is an enlarged sectional view taken on line AA of FIG. 21 (b). As shown in the figure, the cross section of the memory capacity portion of the DRAM is rectangular, the length of the short side is f, and the length of the long side is 3f.
Where f is the minimum processing dimension.
【００５０】表１は図２２に示すようにフレーム１〜５
を定義したときのフレーム１〜５内の微細柱状構造１２
１の数Ｎ、シリサイド層９５と埋め込まれた対向電極層
１２２との間に形成されるメモリー容量を２０ｆＦ（２
０×１０-15Ｆ）にしたときの微細柱状構造１２１の高
さｄ、最小加工寸法を示す表である。Table 1 shows frames 1 to 5 as shown in FIG.
Fine columnar structure 12 in frames 1 to 5 when
1 and the memory capacity formed between the silicide layer 95 and the buried counter electrode layer 122 is set to 20 fF (2
It is a table | surface which shows height d of the fine columnar structure 121 at 0x10 <-15> F), and minimum processing dimension.
【００５１】[0051]
【表１】 [Table 1]
【００５２】この表１から明らかなように、微細柱状構
造１２１の数を少なくすれば、メモリー容量部の面積を
小さくすることができるが、微細柱状構造１２１の数を
少なくしたときには、微細柱状構造１２１の高さｄを高
くする必要があるとともに、最小加工寸法が小さくな
る。なお、フレーム１のように最小加工寸法（ｆ）を１
６０ｎｍにしたときには、従来法たとえば公知例１に比
べて３０％程度の高さｄ値の低減化が行なわれ、プロセ
スマージンの大きな改善が得られる。As is clear from Table 1, the area of the memory capacity portion can be reduced by reducing the number of the fine columnar structures 121. However, when the number of the fine columnar structures 121 is reduced, The height d of 121 needs to be increased, and the minimum processing size is reduced. In addition, the minimum processing dimension (f) is set to 1 like the frame 1.
When the thickness is set to 60 nm, the height d value is reduced by about 30% as compared with the conventional method, for example, the known example 1, and the process margin is greatly improved.
【００５３】つぎに、図２３〜図２５により本発明に係
る微細孔の作製法を用いたＧＭＲ（巨大磁気抵抗）磁気
センサのＧＭＲヘッドの作製法について説明する。ま
ず、図２３(ａ)に示すように、図１６、図１７で説明し
た微細孔の作製法と同様の方法によって、ポリスチレン
コロイド微粒子４０をＳｉＯ2層９０／Ａｕ（金）層
（電極層）１７／Ｓｉ基板１０からなる多層構造の基板
の表面すなわちＳｉＯ2層９０の表面に付着させる。つ
ぎに、Ａｌを斜め蒸着し、図２３(ｂ)に示すような二次
マスク８０を形成する。つぎに、図２４(ａ)に示すよう
に、Ｏ2プラズマによりポリスチレン粒子４０を除去し
たのち、ＣＦ4系ガスを用いたＳｉＯ2層９０のドライエ
ッチにより、微細孔１６０を形成する。つぎに、図２４
(ｂ)に示すように、ＢＣｌ3系ガスを用いて二次マスク
８０を取り除く。つぎに、図２５(ａ)に示すように、基
板をＣｏＳＯ4・７Ｈ2Ｏが１２０ｇ／ｌ、Ｈ3ＢＯ3が４
５ｇ／ｌ、ＣｕＳＯ4・５Ｈ2Ｏが１．７６ｇ／ｌの組成
を有する電解メッキ液に浸漬し、Ａｕ層１７に通電し
て、微細孔１６０内にＣｏ層３００およびＣｕ層３１０
からなる金属多層膜１６５を形成する。具体的には、Ａ
ｇ／ＡｇＣｌ参照電極に対し５４０ｍＶをＡｕ層１７に
印加した場合には、Ｃｕ層３１０のみが成長し、Ａｇ／
ＡｇＣｌ参照電極に対し１０００ｍＶをＡｕ層１７に印
加した場合には、Ｃｏ層３００のみが成長し、これらの
操作を繰り返すことにより微細孔１６０内を金属多層膜
１６５で埋めることができる。この方法によれば、金属
多層膜１６５が成長して微細孔１６０の上端にまで達し
たとき、電解電流が急変するから、金属多層膜１６５の
形成が終了したことを容易に検出できる。つぎに、図２
５(ｂ)に示すように、対向電極１８を堆積し、ＧＭＲ磁
気センサのＧＭＲヘッド（ＧＭＲ素子）を得る。Next, a method for manufacturing a GMR (giant magnetoresistive) magnetic sensor GMR head using the method for manufacturing microholes according to the present invention will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 23 (a), the polystyrene colloid fine particles 40 are converted into a SiO 2 layer 90 / Au (gold) layer (electrode layer) by a method similar to the method of forming the fine holes described with reference to FIGS. It is attached to the surface of a substrate having a multilayer structure composed of the 17 / Si substrate 10, that is, the surface of the SiO 2 layer 90. Next, Al is obliquely deposited to form a secondary mask 80 as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 24A, the polystyrene particles 40 are removed by O 2 plasma, and then the fine holes 160 are formed by dry etching of the SiO 2 layer 90 using a CF 4 -based gas. Next, FIG.
As shown in (b), the secondary mask 80 is removed using a BCl 3 -based gas. Next, as shown in FIG. 25 (a), the substrate CoSO 4 · 7H 2 O is 120g / l, H 3 BO 3 is 4
5 g / l, CuSO 4 .5H 2 O is immersed in an electrolytic plating solution having a composition of 1.76 g / l, the Au layer 17 is energized, and the Co layer 300 and the Cu layer 310 are placed in the fine holes 160.
Is formed. Specifically, A
When 540 mV is applied to the Au layer 17 with respect to the g / AgCl reference electrode, only the Cu layer 310 grows and the Ag /
When 1000 mV is applied to the Au layer 17 with respect to the AgCl reference electrode, only the Co layer 300 grows, and by repeating these operations, the inside of the fine hole 160 can be filled with the metal multilayer film 165. According to this method, when the metal multilayer film 165 grows and reaches the upper end of the fine hole 160, the electrolytic current changes abruptly, so that the end of the formation of the metal multilayer film 165 can be easily detected. Next, FIG.
As shown in FIG. 5B, a counter electrode 18 is deposited to obtain a GMR head (GMR element) of a GMR magnetic sensor.
【００５４】このＧＭＲ磁気センサのＧＭＲヘッドにお
いては、金属多層膜１６５の抵抗をＡｕ層１７から対向
電極１８へ通電して測定することができ、巨大磁気抵抗
効果により、数Ｏｅ程度の外部磁界の印加に対し、２０
％程度の抵抗変化が得られた。また、通常のリソグラフ
ィーによるパタン化により、Ａｕ層１７と対向電極１８
とをつなぐ金属多層膜１６５の本数を制限することがで
きる。これを利用して、数本の金属多層膜１６５のみを
通じた電流経路を形成した場合、観測された抵抗値は数
ｋΩ程度となり、数百Ωの抵抗変化を生じた。この方法
を用いれば、観測される抵抗値の範囲を数百〜数十ｋΩ
の範囲で変化することができる。In the GMR head of this GMR magnetic sensor, the resistance of the metal multilayer film 165 can be measured by conducting electricity from the Au layer 17 to the counter electrode 18, and the external magnetic field of about several Oe can be measured by the giant magnetoresistance effect. 20 for application
% Change in resistance was obtained. Further, the Au layer 17 and the counter electrode 18 are formed by patterning by ordinary lithography.
Can be limited. By utilizing this, when a current path was formed through only a few metal multilayer films 165, the observed resistance value was about several kΩ, and a resistance change of several hundred Ω occurred. With this method, the range of the observed resistance value can be several hundreds to several tens kΩ.
In the range of
【００５５】なお、磁性体層としてパーマロイなどの他
の材料を用いることも可能である。また、電解メッキを
用いず、無電解メッキ、スパッタなどの成膜手段により
磁性体層を形成することができる。It is also possible to use another material such as permalloy for the magnetic layer. Further, the magnetic layer can be formed by film forming means such as electroless plating and sputtering without using electrolytic plating.
【００５６】つぎに、図２６〜図２８により本発明に係
る微細孔の作製法を用いた磁気記録媒体の作製法につい
て説明する。まず、図２６(ａ)に示すように、図１６、
図１７に示した微細孔の作製法と同様の方法によって、
ポリスチレンコロイド微粒子４０をＳｉＯ2層９０／Ａ
ｕ層１７／Ｓｉ基板１０からなる多層構造の基板の表面
すなわちＳｉＯ2層９０の表面に付着させる。つぎに、
Ａｌを斜め蒸着し、図２６(ｂ)に示すような二次マスク
８０を形成する。つぎに、図２７(ａ)に示すように、Ｏ
2プラズマによりポリスチレンコロイド粒子４０を除去
したのち、ＣＦ4系ガスを用いたＳｉＯ2層９０のドライ
エッチにより、微細孔１６０を形成する。つぎに、図２
７(ｂ)に示すように、ＢＣｌ3系ガスを用いて二次マス
ク８０を取り除く。つぎに、図２８に示すよう、基板ご
と電解メッキ液に浸漬し、Ａｕ層１７に通電して、微細
孔１６０の中に埋め込まれた単磁区磁性体層３５０を形
成する。なお、微細孔１６０の開口径は２５ｎｍ程度と
十分に小さいことから、微細孔１６０の中に埋められら
磁性体層は単磁区のみからなる単磁区磁性体層３５０と
なる。Next, a method for producing a magnetic recording medium using the method for producing micropores according to the present invention will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG.
By a method similar to the method for manufacturing the micropore shown in FIG.
The polystyrene colloid fine particles 40 are made of SiO 2 layer 90 / A
It is attached to the surface of the substrate having a multilayer structure composed of the u layer 17 and the Si substrate 10, that is, the surface of the SiO 2 layer 90. Next,
Al is obliquely deposited to form a secondary mask 80 as shown in FIG. Next, as shown in FIG.
After removing the polystyrene colloid particles 40 by two plasmas, the fine holes 160 are formed by dry etching of the SiO 2 layer 90 using a CF 4 gas. Next, FIG.
As shown in FIG. 7B, the secondary mask 80 is removed using a BCl 3 -based gas. Next, as shown in FIG. 28, the substrate is immersed in the electrolytic plating solution, and the Au layer 17 is energized to form a single magnetic domain magnetic layer 350 embedded in the fine holes 160. Since the opening diameter of the fine hole 160 is sufficiently small, about 25 nm, the magnetic layer buried in the fine hole 160 becomes a single magnetic domain magnetic layer 350 composed of only a single magnetic domain.
【００５７】なお、単磁区磁性体層３５０を形成するの
に、電解メッキを用いず、無電解メッキ、スパッタなど
の成膜手段を用いることも可能である。It is also possible to use a film forming means such as electroless plating or sputtering instead of electrolytic plating to form the single magnetic domain magnetic layer 350.
【００５８】この磁気記録媒体の作製法においては、対
抗電極を形成することに関連したリソグラフィー工程を
行なう必要がないことから、剛性の強いＳｉ基板に限ら
ず、多少のフレキシビリティーを有する材料まで幅広い
基板材料選択が可能である。In the method of manufacturing the magnetic recording medium, it is not necessary to perform a lithography step related to forming a counter electrode, so that not only a Si substrate having a high rigidity but also a material having some flexibility is used. A wide selection of substrate materials is possible.
【００５９】また、磁化容易軸が微細孔１６０の縦方向
に発生する電解メッキ条件を用いると、磁気記録媒体は
垂直磁気記録媒体への応用により適した構造となる。そ
の場合、微細孔１６０のアスペクト比をより大きく取る
と、より高い保持力を得ることができる。一方、磁化容
易軸が面内方向にあり、アスペクト比が１以下であるよ
うなディスク状とすると、面内方向記録膜として活用で
きる。後者の場合には、各微細孔１６０間に存在するＳ
ｉＯ2層９０によって各微細孔１６０は磁気的に孤立し
ているため、内部磁場が減少し、より高い保持力を有す
る構造となる。When the electroplating condition in which the axis of easy magnetization is generated in the longitudinal direction of the fine hole 160 is used, the magnetic recording medium has a structure more suitable for application to a perpendicular magnetic recording medium. In this case, if the aspect ratio of the fine holes 160 is made larger, a higher holding force can be obtained. On the other hand, when the disk shape is such that the axis of easy magnetization is in the in-plane direction and the aspect ratio is 1 or less, it can be used as an in-plane direction recording film. In the latter case, S
Since each of the micro holes 160 is magnetically isolated by the iO 2 layer 90, the internal magnetic field is reduced and a structure having higher coercive force is obtained.
【００６０】図２９は本発明に係る微細孔の作製法を用
いた他の作製法により作成した磁気記録媒体の概略平面
図である。この磁気記録媒体においては、図８、図９で
説明した微細柱状構造の作製法と同様の方法によってポ
リスチレンコロイド微粒子を付着させており、各単磁区
磁性体層３５０は規則的に配置されている。そして、各
単磁区磁性体層３５０一個当たりが占める面積は、図２
９中に描いた六角形の領域３７０に対応し、各単磁区磁
性体層３５０の一個一個が独自の磁化を保持し、これら
が１ビットづつの情報を担うとすると、情報の記録密度
は容易に計算され、付着させたポリスチレンコロイド微
粒子の半径ｒ0を２５ｎｍとすると、約８Ｔｂ／ｉｎ
2（８×１０12ｂ／ｉｎ2）の記録密度が得られる。FIG. 29 is a schematic plan view of a magnetic recording medium produced by another production method using the method for producing micropores according to the present invention. In this magnetic recording medium, polystyrene colloid fine particles are adhered by the same method as the method for producing the fine columnar structure described with reference to FIGS. 8 and 9, and the single magnetic domain magnetic layers 350 are regularly arranged. . The area occupied by each single magnetic domain magnetic layer 350 is shown in FIG.
9 corresponds to the hexagonal region 370 drawn in FIG. 9, and if each single magnetic domain magnetic layer 350 holds its own magnetization, and these carry the information of one bit, the recording density of the information is easy. Assuming that the radius r 0 of the attached polystyrene colloid fine particles is 25 nm, about 8 Tb / in
A recording density of 2 (8 × 10 12 b / in 2 ) is obtained.
【００６１】なお、図２６〜図２８により説明した作製
法等と同様の作製法により、微細構造を用いた光磁気記
録媒体を作製することができる。It is to be noted that a magneto-optical recording medium using a fine structure can be manufactured by a manufacturing method similar to that described with reference to FIGS.
【００６２】[0062]
【発明の効果】本発明に係る微細構造の作製法において
は、コロイド微粒子の被覆分子層の立体障害効果、電荷
による斥力により、微細構造の平均間隔、相互配置の制
御が可能である。In the method for producing a fine structure according to the present invention, the average spacing and mutual arrangement of the fine structures can be controlled by the steric hindrance effect of the coating molecular layer of the colloidal fine particles and the repulsive force due to the electric charge.
【００６３】また、コロイド微粒子をマスクにして二次
マスク層を形成したときには、エッチングの選択性を高
くすることができるから、微細柱状構造のアスペクト比
を大きくすることができる。When the secondary mask layer is formed using the colloidal fine particles as a mask, the selectivity of etching can be increased, and the aspect ratio of the fine columnar structure can be increased.
【００６４】また、基板上に付着したコロイド微粒子に
斜め蒸着を行なって二次マスク層を形成したときには、
微細トレンチ、微細孔を形成することができる。When a secondary mask layer is formed by obliquely depositing colloidal fine particles adhered on a substrate,
Fine trenches and fine holes can be formed.
【００６５】本発明に係る微細構造、磁気センサ、磁気
記録媒体および光磁気記録媒体においては、集積密度を
大きくすることができる。In the microstructure, magnetic sensor, magnetic recording medium and magneto-optical recording medium according to the present invention, the integration density can be increased.
【００６６】また、上記の微細構造をの微細構造の作製
法よって作製したときには、容易に微細構造を作製する
ことができる。When the above-mentioned fine structure is manufactured by the method for manufacturing a fine structure, the fine structure can be easily manufactured.
【図１】本発明に係る微細柱状構造の作製法の説明図で
ある。FIG. 1 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a fine columnar structure according to the present invention.
【図２】本発明に係る微細柱状構造の作製法の説明図で
ある。FIG. 2 is an explanatory view of a method for manufacturing a fine columnar structure according to the present invention.
【図３】金コロイド微粒子の基板への付着状況を示す平
面図である。FIG. 3 is a plan view showing a state of adhesion of colloidal gold particles to a substrate.
【図４】図３に示した場合における距離ｒと確率ρ(ｒ)
との関係を示すグラフである。FIG. 4 shows the distance r and the probability ρ (r) in the case shown in FIG.
6 is a graph showing a relationship with the graph.
【図５】本発明に係る他の微細柱状構造の作製法の説明
図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of another method for manufacturing a fine columnar structure according to the present invention.
【図６】図５に示した場合における距離ｒと確率ρ(ｒ)
との関係を示すグラフである。FIG. 6 shows the distance r and the probability ρ (r) in the case shown in FIG.
6 is a graph showing a relationship with the graph.
【図７】本発明に係る他の微細柱状構造の作製法の説明
図である。FIG. 7 is an explanatory view of another method of manufacturing a fine columnar structure according to the present invention.
【図８】本発明に係る他の微細柱状構造の作製法の説明
図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of another method for manufacturing a fine columnar structure according to the present invention.
【図９】本発明に係る他の微細柱状構造の作製法の説明
図である。FIG. 9 is an explanatory view of another method for manufacturing a fine columnar structure according to the present invention.
【図１０】本発明に係る他の微細柱状構造の作製法の説
明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of a method for manufacturing another fine columnar structure according to the present invention.
【図１１】本発明に係る他の微細柱状構造の作製法の説
明図である。FIG. 11 is an explanatory view of another method for manufacturing a fine columnar structure according to the present invention.
【図１２】本発明に係る他の微細柱状構造の作製法の説
明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram of another method for manufacturing a fine columnar structure according to the present invention.
【図１３】本発明に係る他の微細柱状構造の作製法の説
明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram of a method for manufacturing another fine columnar structure according to the present invention.
【図１４】本発明に係る微細トレンチの作製法の説明図
である。FIG. 14 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a fine trench according to the present invention.
【図１５】本発明に係る微細トレンチの作製法の説明図
である。FIG. 15 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a fine trench according to the present invention.
【図１６】本発明に係る微細孔の作製法の説明図であ
る。FIG. 16 is an explanatory diagram of a method for producing a fine hole according to the present invention.
【図１７】本発明に係る微細孔の作製法の説明図であ
る。FIG. 17 is an explanatory diagram of a method for producing a fine hole according to the present invention.
【図１８】本発明に係る微細パターン薄膜の作製法の説
明図である。FIG. 18 is an explanatory diagram of a method for producing a fine pattern thin film according to the present invention.
【図１９】本発明に係る微細柱状構造の作製法を用いた
ＤＲＡＭのメモリー容量部の作製法の説明図である。FIG. 19 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a memory capacity portion of a DRAM using the method for manufacturing a fine columnar structure according to the present invention.
【図２０】本発明に係る微細柱状構造の作製法を用いた
ＤＲＡＭのメモリー容量部の作製法の説明図である。FIG. 20 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a memory capacity portion of a DRAM using the method for manufacturing a fine columnar structure according to the present invention.
【図２１】本発明に係る微細柱状構造の作製法を用いた
ＤＲＡＭのメモリー容量部の作製法の説明図である。FIG. 21 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a memory capacity portion of a DRAM using the method for manufacturing a fine columnar structure according to the present invention.
【図２２】図２１(ｂ)の拡大Ａ−Ａ断面図である。FIG. 22 is an enlarged sectional view taken on line AA of FIG. 21 (b).
【図２３】本発明に係る微細孔の作製法を用いたＧＭＲ
磁気センサのＧＭＲヘッドの作製法の説明図である。FIG. 23 is a diagram illustrating a GMR using the method for producing micropores according to the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a GMR head of a magnetic sensor.
【図２４】本発明に係る微細孔の作製法を用いたＧＭＲ
磁気センサのＧＭＲヘッドの作製法の説明図である。FIG. 24 is a diagram showing a GMR using the method for producing micropores according to the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a GMR head of a magnetic sensor.
【図２５】本発明に係る微細孔の作製法を用いたＧＭＲ
磁気センサのＧＭＲヘッドの作製法の説明図である。FIG. 25 is a diagram showing a GMR using the method for producing micropores according to the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a GMR head of a magnetic sensor.
【図２６】本発明に係る微細孔の作製法を用いた磁気記
録媒体の作製法の説明図である。FIG. 26 is an explanatory diagram of a method for producing a magnetic recording medium using the method for producing micropores according to the present invention.
【図２７】本発明に係る微細孔の作製法を用いた磁気記
録媒体の作製法の説明図である。FIG. 27 is an explanatory diagram of a method for producing a magnetic recording medium using the method for producing micropores according to the present invention.
【図２８】本発明に係る微細孔の作製法を用いた磁気記
録媒体の作製法の説明図である。FIG. 28 is an explanatory diagram of a method for producing a magnetic recording medium using the method for producing micropores according to the present invention.
【図２９】本発明に係る微細孔の作製法を用いた他の作
製法により作成した磁気記録媒体の概略平面図である。FIG. 29 is a schematic plan view of a magnetic recording medium produced by another production method using the method for producing micropores according to the present invention.
１０…Ｓｉ基板 ３０…金コロイド微粒子 ３１…金コロイド微粒子 ３５…クエン酸イオン吸着層 ３６…アルカンチオール被覆分子層 ４０…ポリスチレンコロイド微粒子 ４１…ポリスチレン微粒子 ５０…ポリスチレンコロイド微粒子 ５１…ポリスチレン微粒子 ６１…二次マスク層 ７１…二次マスク層 ８０…二次マスク層 ８２…微細パターン薄膜 １００…微細柱状構造 １１０…微細柱状構造 １２０…微細柱状構造 １２１…微細柱状構造 １３０…微細柱状構造 １５０…微細トレンチ １６０…微細孔 １６５…金属多層膜 ３５０…単磁区磁性体層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Si substrate 30 ... Gold colloid fine particle 31 ... Gold colloid fine particle 35 ... Citrate ion adsorption layer 36 ... Alkanethiol coating molecular layer 40 ... Polystyrene colloid fine particle 41 ... Polystyrene fine particle 50 ... Polystyrene colloid fine particle 51 ... Polystyrene fine particle 61 ... Secondary Mask layer 71 Secondary mask layer 80 Secondary mask layer 82 Fine pattern thin film 100 Fine columnar structure 110 Fine columnar structure 120 Fine columnar structure 121 Fine columnar structure 130 Fine columnar structure 150 Fine trench 160 Micropore 165: Metal multilayer 350: Single domain magnetic layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｈ０１Ｌ 43/12 27/108 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ 21/8242 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｚ 43/08 27/10 ６２１Ｃ 43/12 (72)発明者 松岡 秀行 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 山中 一助 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 村川 克二 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 新井 眞 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 21/302 H01L 43/12 27/108 G01R 33/06 R 21/8242 H01L 21/302 Z 43/08 27/10 621C 43 / 12 (72) Inventor Hideyuki Matsuoka 1-280 Higashi Koikekubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Hitachi, Ltd.Central Research Laboratory (72) Inventor Ichisuke Yamanaka 1-280 Higashi Koikebo-ku, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Hitachi Research Center, Ltd. (72 ) Inventor Katsuji Murakawa 1-280 Higashi Koikekubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Hitachi, Ltd.Central Research Laboratories
Claims (17)
れかつ直径が１００ｎｍ以下のコロイド微粒子を付着さ
せ、上記コロイド微粒子をマスクとして上記基板を加工
することを特徴とする微細構造の作製法。1. A method for producing a fine structure, comprising the steps of: attaching colloidal fine particles having a surface covered with a coating molecular layer and having a diameter of 100 nm or less on a substrate, and processing the substrate using the colloidal fine particles as a mask.
子の互いの平均間隔を上記コロイド微粒子の直径と同程
度とすることを特徴とする請求項１に記載の微細構造の
作製法。2. The method according to claim 1, wherein the average distance between the colloidal fine particles adhered on the substrate is substantially equal to the diameter of the colloidal fine particles.
をリアクティブイオンエッチングによってより小さい粒
径の微粒子にすることを特徴とする請求項１に記載の微
細構造の作製法。3. The method according to claim 1, wherein the colloidal fine particles adhered on the substrate are made into fine particles having a smaller particle size by reactive ion etching.
をイオンミリングによってより小さい粒径の微粒子にす
ることを特徴とする請求項１に記載の微細構造の作製
法。4. The method according to claim 1, wherein the colloidal fine particles adhered on the substrate are made into fine particles having a smaller particle size by ion milling.
スク層を形成することを特徴とする請求項１〜４のいず
れかに記載の微細構造の作製法。5. The method according to claim 1, wherein a secondary mask layer is formed using the colloidal fine particles as a mask.
に斜め蒸着を行なって二次マスク層を形成することを特
徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の微細構造の作
製法。6. The method for producing a fine structure according to claim 1, wherein the colloidal fine particles adhered on the substrate are subjected to oblique vapor deposition to form a secondary mask layer.
ト比が１以上の微細柱状構造が上記断面直径と同程度の
平均間隔を隔てて形成されていることを特徴とする微細
構造。7. A fine structure wherein fine columnar structures having a cross-sectional diameter of 100 nm or less and an aspect ratio of 1 or more are formed at an average interval substantially equal to the cross-sectional diameter.
比が１以上の微細トレンチまたは微細孔が上記開口径と
同程度の平均間隔を隔てて形成されていることを特徴と
する微細構造。8. A microstructure characterized in that fine trenches or fine holes having an opening diameter of 100 nm or less and an aspect ratio of 1 or more are formed at an average interval substantially equal to the opening diameter.
の作製法よって作製されたことを特徴とする請求項７に
記載の微細構造。9. The microstructure according to claim 7, which is produced by the method for producing a microstructure according to claim 1.
造の作製法よって作製されたことを特徴とする請求項８
に記載の微細構造。10. A microstructure produced by the method for producing a microstructure according to claim 1.
The microstructure according to 1.
形成されたことを特徴とする請求項７または９に記載の
微細構造。11. The fine structure according to claim 7, wherein said fine columnar structure made of a dielectric material is formed.
チまたは上記微細孔が形成されたことを特徴とする請求
項８または１０に記載の微細構造。12. The microstructure according to claim 8, wherein said fine trench or said fine hole is formed in a layer made of a dielectric material.
磁性体層が形成されたことを特徴とする請求項１２に記
載の微細構造。13. The microstructure according to claim 12, wherein a magnetic layer is formed in said fine trench or said fine hole.
徴とする請求項１３に記載の微細構造。14. The microstructure according to claim 13, wherein said magnetic layer has a multilayer structure.
とを特徴とする磁気センサ。15. A magnetic sensor using the fine structure according to claim 13.
とを特徴とする磁気記録媒体。16. A magnetic recording medium using the fine structure according to claim 13.
とを特徴とする光磁気記録媒体。17. A magneto-optical recording medium using the fine structure according to claim 13.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP9221466A JPH1166654A (en) | 1997-08-18 | 1997-08-18 | Formation of fine structure, fine structure, magnetic sensor, magnetic recording medium and magneto-optical recording medium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9221466A JPH1166654A (en) | 1997-08-18 | 1997-08-18 | Formation of fine structure, fine structure, magnetic sensor, magnetic recording medium and magneto-optical recording medium |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1166654A true JPH1166654A (en) | 1999-03-09 |
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ID=16767164
Family Applications (1)
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| JP9221466A Pending JPH1166654A (en) | 1997-08-18 | 1997-08-18 | Formation of fine structure, fine structure, magnetic sensor, magnetic recording medium and magneto-optical recording medium |
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| JP (1) | JPH1166654A (en) |
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