[发明专利]细微结构体及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子嵌段共聚物在基板表面上，进行细微相分离而形成的具有细微结构的细微结构体及其制造方法。另外，涉及表面上具有细微结构中微畴(microdomain)的规则排列图案的图案基板及其制造方法。

背景技术

近年来伴随着电子装置、能量贮藏装置、传感器等的小型化·高性能化，数nm～数百nm大小的细微的规则排列图案于基板上形成的必要性升高。因此，要求确定这种细微图案结构以高精度、且低成本制造的方法。

作为这种细微图案的加工方法，一般采用以光刻法为代表的顺打(top down)法，即通过细微雕刻整体材料、赋予形状的方法。例如，LSI的制造等的半导体细微加工中使用的光刻法是其代表例。

然而，随着细微图案的细微度提高，这种顺打法的采用，从装置·工艺两方面考虑，困难性增大。特别是细微图案的加工尺寸细微至数十nm时，在构图时必需采用电子束或深紫外线，对装置要求有庞大的投资。另外，采用掩模的细微图案形成变得困难时，由于不能采用直接描画法，则无法回避加工中生产率显著降低的问题。

对这种状况的原因，应用物质自然形成结构的现象，所谓自组织现象的工艺方法已引起关注。特别是应用高分子嵌段共聚物的自组织现象，所谓微相分离的方法，采用简便的涂布工艺，可以形成具有数十nm～数百nm各种形状的细微的规则结构(规则排列图案)，因此，是优良的方法。

因此，当形成高分子嵌段共聚物的不同种高分子链段不能互相混合(非相溶)时，通过这些高分子链段的相分离(微相分离)，可自组织具有特定规则性的细微结构。

因此，作为利用这种自组织现象形成细微的规则结构的例子，聚苯乙烯与聚丁二烯、聚苯乙烯与聚异戊二烯、聚苯乙烯与聚甲基丙烯酸甲酯等的组合构成的高分子嵌段共聚物薄膜用作蚀刻掩模，在基板上形成孔或间隙线型(Line and space)等结构是公知的技术。

如上所述，当采用高分子嵌段共聚物的微相分离现象，采用顺打法达到难以细微的球状、柱状或板状(片状)的微畴，可以得到具有规则排列的结构的高分子薄膜。但是，于构图时采用含微相分离现象的一般的自组织现象，存在下列问题。

即，通过自组织化进行微相分离的高分子薄膜，存在短距离规则性优良，但长距离秩序性差、存在缺陷，以及难以形成任意图案。特别是采用自组织现象的构图，由于自然形成的结构，即利用能量达到最小结构，一般难以得到具有材料固有周期的规则结构以外的结构，该限制因此具有限制以往应用范围的缺点。作为克服这些缺点的方法，此前有人探讨了下列2个方法。

首先，作为第1原有方法，是在基板表面上加工沟，通过该沟内部形成高分子嵌段共聚物膜，使呈现微相分离的方法。按照该方法，采用微相分离呈现的细微结构，沿沟的壁面排列。因此，规则结构的方向性，可控制在一方向，长距离秩序性提高。另外，为了填充沿壁面的规则结构所发生的缺陷也可被抑制。本效果是作为形态(graphoepitaxy)效果已知的，该效果随着沟的宽度加大而减少，当沟的宽度约为规则结构周期的10倍左右时，在沟的中心部的规则结构发生混乱。另外，由于基板表面必需加工沟，在要求平坦表面的用途中不能使用。另外，采用本方法，有可能沿沟的方向使规则结构定向，但上述图案不能任意控制。

作为第2原有方法，是用化学法使基板表面图案化，通过基板表面与高分子嵌段共聚物的化学相互作用，发生微相分离，控制结构的方法(例如，专利文献1及2)。

采用该方法时，如图1所示，采用预先对构成高分子嵌段共聚物的各个嵌段链，在亲和性不同的区域，通过顺打法，使表面图案化的化学图案化基板105。在该化学图案化基板105的表面形成高分子嵌段共聚物103的膜，使呈现微相分离。例如，采用聚苯乙烯与聚甲基丙烯酸甲酯构成的高分子嵌段共聚物103时，基板表面对聚苯乙烯亲和性好的区域与对聚甲基丙烯酸甲酯亲和性好的区域，形成分离的化学图案。此时，如化学图案的形状与聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯二嵌段共聚物进行自组织，形成的微畴相等同，则在微相分离时，可以得到在与聚苯乙烯亲和性良好的区域上，配置由聚苯乙烯构成的微畴，在与聚甲基丙烯酸甲酯亲和性良好的区域上，配置由聚甲基丙烯酸甲酯构成的微畴的结构。

即，采用本方法时，可在基板表面沿化学设置的标志配置微畴。按照本方法，由于采用顺打法形成化学图案，所得到的图案的长距离秩序性，由顺打法担保，故可以得到大范围具有优良的规则性、缺陷少的图案。下面把本方法称作微畴的化学记录法。