高密度データ記憶のための記憶媒体製造方法およびデータ記憶媒体または装置
【課題】本発明は、表面形状によりデータを記憶するためのデータ記憶媒体を基板の表面に製造する方法を対象とする。本発明はさらに、本方法により得られるデータ記憶媒体およびこのデータ記憶媒体を含むデータ記憶装置を対象とする。
【解決手段】本方法は、少なくとも３つのアルキン基を含む架橋剤を基板の表面に付着する第１のステップを含む。第２のステップでは、付着した架橋剤を硬化して基板の表面に架橋ポリマ層の形のデータ記憶媒体を得る。
【解決手段】本方法は、少なくとも３つのアルキン基を含む架橋剤を基板の表面に付着する第１のステップを含む。第２のステップでは、付着した架橋剤を硬化して基板の表面に架橋ポリマ層の形のデータ記憶媒体を得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高密度データ記憶の分野に関し、さらに詳しくはデータ記憶媒体、データ記憶システムおよびデータ記憶方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のデータ記憶法は、０．１〜１０μｍの領域で行われる。今まで以上に小さいスペースにこれまで以上の情報を記憶することを目的として、データ記憶密度が増大している。電力消費を抑え、集積回路の動作速度を増加させるため、集積回路の製造に使用するリソグラフィは、寸法の小型化およびイメージングの高密度化を強いられている。データ記憶のサイズが大きくなり、密度が増大し、集積回路密度が増大するにつれ、ナノメートル領域で作動する記憶媒体用の組成物の開発が求められている。
【０００３】
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）の原理に基づきデータを記憶する記憶装置は、非特許文献１に開示されている。この記憶装置の読み取りおよび書き込み機能は、各々先端を持つプローブ・アレイによる記憶媒体の機械的なｘｙ走査に基づく。プローブは同時に動作し、各プローブは動作中、記憶媒体の関連領域を走査する。記憶媒体はポリマ層を含んでいる。頂部の直径が各々５ｎｍ〜２０ｎｍの先端が接触モードでポリマ層の表面全体を移動する。接触モードは、プローブの先端が記憶媒体の表面に触れ得るような小さい力をプローブに印加することにより達成される。このため、プローブは、端部に先端があるカンチレバを含む。ビットは、ポリマ層の凹部マークまたは非凹部マークにより表される。カンチレバは、読み取り／書き込みモードでの装置の動作時にポリマ層の表面全体を移動する中でその表面形状の変化に応答する。
【０００４】
凹部マークは、熱機械記録によりポリマ表面上に形成される。これは、ポリマ層に対して接触モードで動作した各プローブを加熱することにより達成される。先端の加熱は、凹部マークの書き込み／形成を専門に行うヒータを介して達成される。ポリマ層は、加熱された先端により接触される場所が局所的に軟化する。その結果、たとえば、凹部の形成に使用される先端がナノスケールの直径を持つ凹部を層上に形成する。
【０００５】
また、読み取りも熱機械的な考え方により達成される。プローブは、凹部マークの読み取り／検出のプロセスを専門に行うヒータを使用して加熱される。先端に連結されていないためプローブが加熱されないヒータか、あるいはプローブは加熱されるが、連結された先端を加熱するほどプローブが加熱されない、すなわち、加熱温度がそれほど高くないためポリマ層が書き込みに必要なほど軟化しないヒータのいずれかが別個に使用される。熱検出は、プローブが凹部に移動した場合に熱輸送がより効率化するため、プローブと記憶媒体との間の熱伝導が変化することによる。この結果として、ヒータの温度が低下し、それに伴いその電気抵抗も変化する。そこでこの抵抗の変化を測定し、測定信号とする。
【０００６】
こうした熱プローブ記憶分野において媒体としての要件は、ポリマ凹部の力学と媒体および先端層を限定する必要性とによって規定される。好ましくは、ガラス転移温度はできるだけ低くするべきであるが、同時にポリマは熱的に安定である必要がある。ポリマの熱安定性は、非常に熱安定性があるポリマを使用して架橋を行うことにより達成される。架橋は典型的には凹みを形成するのに大きな力を要する硬質な材料を生成するため、先端の摩耗が増大する。中程度の書き込み速度の場合、比較的高い温度を使用して力および先端の摩耗を最低限に抑えることができる。書き込み温度は書き込み速度と共に高くなるため、最高設計温度でカンチレバ・ヒータ要素の動作を必要とする高速書き込みでは、こうした熱と力とのトレードオフは不可能となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｐ．ヴェッティガー（Ｐ．Ｖｅｔｔｉｇｅｒ）らによる「Ｔｈｅ Ｍｉｌｌｉｐｅｄｅ−Ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｏｎｅ ｔｈｏｕｓａｎｄ ｔｉｐｓ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ＡＦＭ ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ」、ＩＢＭ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ、第４４巻Ｎｏ．３、２０００年３月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、媒体の耐摩耗性を得るための高架橋密度と、柔らかい書き込み状態を得るための低いガラス転移温度という相反する要件を調和させるデータ記憶媒体の製造方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様では、表面形状（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ ｆｅａｔｕｒｅ）によりデータを記憶するため、基板の表面にデータ記憶媒体を製造する方法であって、（ａ）少なくとも３つのアルキン基を含む（すなわち少なくとも３つの炭素−炭素三重結合を含む）架橋剤を基板の表面に付着させるステップ；（ｂ）付着した架橋剤を硬化し、それにより基板の表面に架橋ポリマ層の形態でデータ記憶媒体を得るように基板に改質された（ｍｏｄｉｆｉｅｄ）表面を作製するステップを含む、方法を提供する。
【００１０】
本発明の第１の態様では、架橋剤の層を基板の表面に付着する。架橋剤の付着と同時あるいはその後に、付着した架橋剤を硬化し、それにより硬化架橋剤を含む層を得る。この層は高架橋密度を示す。一実施形態では、基板は、たとえば、硬化性ポリマ、特にポリマ骨格またはこのポリマの末端基にアルキン基を持つポリマを含む支持層であってもよい。さらなる実施形態では、基板は、硬化架橋剤の層をターゲット層、特にポリマ・ターゲット層に移行できるテンプレートであっても構わない。架橋剤および架橋剤の層をそれぞれ硬化することにより、少なくとも３つのアルキン基が再配置して梯子状ネットワークを形成し、これが分子間に強い化学結合を与え、妥当である場合、支持層のポリマは基板として使用される。したがって、本発明によれば、軟質な下層上に付着／移行された薄くて硬質な表層部分を含む二層材料が得られる。
【００１１】
本発明の第１の態様の実施形態では、基板表面への架橋剤の付着、およびターゲットとして使用する基板の表面への少なくとも一部の付着を、ソースからの架橋剤の蒸発により行う。この手法を用いることにより、非常に薄いポリマの層を基板上に付着させることができ、硬化のプロセスの過程でデウェッティング（ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ）現象（たとえば、厚さ５ｎｍの薄層の不安定性に起因する）は観察され得ない。一方、スピンキャストのような他の付着方法を用いると、デウェッティング現象が起こる。基板の表面エネルギを低下させる界面活性剤を使用しても、この問題は解決されず、スピンキャストしたポリマのデウェッティングは回避できない。
【００１２】
本発明の第１の態様のさらなる実施形態では、架橋剤は、構造ＺＲ３またはＺＲ’４あるいはその両方の化合物から選択される。ＺおよびＺ’は、結合部分、特に芳香族リンカーを表し、アルキン基を含む置換基を結合している（Ｚは３つの置換基Ｒを持ち、Ｚ’は少なくとも４つの置換基Ｒを持ち、置換基Ｒは各々、少なくとも１つのアルキン基を含み；置換基ＲはそれぞれＺおよびＺ’に共有結合している）。
【００１３】
たとえばＺは、１，３，５−置換６員芳香環または１，２，４−置換６員芳香環であってもよい。さらに、結合部分は、複数の芳香環を含んでいてもよい。たとえば少なくとも２つの環は各々、少なくとも２つの置換基Ｒを含んでいてもよい。たとえばＺ’は、単結合またはアルキレンもしくはアリーレン・リンカーまたは酸素原子を介して連結された２つの６員芳香環を含んでいてもよい。Ｚ’の前記２つの６員芳香環は各々、たとえば３，５−置換芳香環でも、または３，４−置換芳香環でもよい。さらに、３つの芳香環が含まれていてもよく、これら少なくとも３つの環は各々、少なくとも１つのアルキン基を含む少なくとも１つの置換基Ｒを持つ。
【００１４】
あるいは、ＺおよびＺ’は、脂肪族結合部分、特に所望の特殊な配列の置換基Ｒを生じる部分であってもよい（Ｚは３つの置換基Ｒを持ち、Ｚ’は４つの置換基Ｒを持ち、置換基Ｒは各々、少なくとも１つのアルキン基を含む）。
【００１５】
構造ＺＲ３またはＺＲ’４あるいはその両方の架橋剤の置換基Ｒは、少なくとも１つのアルキン基および置換もしくは非置換の芳香族部分または水素原子を含む部分を相互にランダムかつ独立に表すか、あるいはアルキン基および置換もしくは非置換の芳香族部分または水素原子からなる。
【００１６】
多くの場合、置換基Ｒは同一であり、架橋剤の構造は極性が低いため、架橋剤は蒸発しやすい。
【００１７】
好ましくは結合部分ＺまたはＺ’は下記式またはシリコン原子を表し、式中、＊は、ＲとＺまたはＺ’との間の結合を示す。
【００１８】
【化１】
【００１９】
【化２】
【００２０】
結合部分の２つの芳香環の間にあるリンカーＬは、好ましくは酸素、アルキレンまたはアリーレン部分を表す。あるいは、Ｌは、２つの芳香環の間の単結合であってもよい。好ましくは、アルキレン・リンカーは、メチレン・リンカーまたはＣ（ＣＨ３）２のような置換メチレン・リンカーである。
【００２１】
好ましくは少なくとも１つのアルキン基を含む置換基Ｒは、置換アルキン基（すなわち末端アルキンを含まない）、メタ−もしくはパラ−置換フェニレン基またはフェニル基あるいはその組み合わせを含む部分を相互にランダムかつ独立に表す。あるいは、Ｒは、置換アルキン基、メタ−もしくはパラ−置換フェニレン部分または置換もしくは非置換フェニル基部分あるいはそれらの組み合わせからなる部分を表す。非置換フェニル基が好ましく、置換フェニル基を含む架橋剤は温度安定性が低い。置換基Ｒは、２つ以上のアルキン基および２つ以上のメタ−もしくはパラ−置換フェニレン部分をさらに含んでいてもよい。
【００２２】
最も好ましくは、置換基Ｒは、相互にランダムかつ独立に下記式を表し、式中、＊は、ＲとＺまたはＺ’との間の結合を示す。
【００２３】
【化３】
【００２４】
架橋剤ＺＲ３またはＺＲ’４は、最も好ましくは下記式を表す。
【００２５】
【化４】
【００２６】
【化５】
【００２７】
【化６】
【００２８】
さらなる実施形態では、使用する架橋剤は、３００℃未満の温度で蒸発する。より高い温度になるとアルキン基を含む架橋剤は、多くの場合、重合しやすくなる。一層好ましくは、架橋剤は、２５０℃未満の温度、最も好ましくは１５０〜２００℃の間の温度で蒸発する。こうした１５０〜２００℃の間の温度で蒸発する架橋剤の割合によって満足のいく蒸着率が可能になる。
【００２９】
一例では、本発明の実施形態による架橋剤は、分子量が約９００ダルトン未満であると都合がよい（本発明の記載においてダルトンおよびｇ／ｍｏｌは同義で使用される場合がある）。一層好ましくは、架橋剤は分子量が２７０〜８００ダルトンの間である。
【００３０】
本発明の実施形態の１つでは、架橋ポリマ層をテンプレートの表面に付着させる。この実施形態では、架橋剤の硬化後に以下のステップを行う：
（ｃ）基板の改質表面（すなわちテンプレートの改質表面）をターゲット層の表面と接触させる。これにより、架橋ポリマ層と改質表面に隣接するターゲット層とを持つ基板を含むアセンブリを得る。ステップ（ｄ）では、ステップ（ｃ）で得られたアセンブリの環境に液体を導入する。この結果、硬化架橋剤の層が少なくともターゲット表面上の隣接領域に移行する。テンプレート表面は、その表面粗さプロファイルによって選択され、好ましくは相対的にきずを含まない。ステップ（ｄ）で得られる二層材料の硬化架橋剤層の曝露表面（すなわち支持層の上のデータ記憶媒体層）は、前に接触していたテンプレート表面と同程度の平面度を示す。また、データ記憶媒体の層をテンプレート層からターゲット層に移行する方法については、その開示内容を参照によって本明細書に援用する国際公開第２００７／１１３７６０号に記載されている。
【００３１】
一例では、この実施形態に使用するテンプレートの表面は親水性特性を有する。望ましくは、テンプレート表面は、雲母基板、フレーム・アニール処理（ｆｌａｍｅ−ａｎｎｅａｌｅｄ）ガラス基板、シリコン基板上のシリコン酸化物層および（１００）表面ペロブスカイト基板のうちの１つの表面を含む。また、ステップ（ｃ）の前にステップ（ｂ）で生成された改質表面を加熱することも好ましい。
【００３２】
ステップ（ｄ）で導入する液体は、極性液体を含むことが望ましい。
【００３３】
この実施形態の別の例では、ステップ（ａ）において架橋剤とコモノマとの混合物を付着させて架橋剤の硬化層を得る。ステップ（ｂ）では、付着した架橋剤とコモノマの混合物を硬化し、それにより架橋ポリマ層を作製する。
【００３４】
コモノマとして、少なくとも２つのアルキン基を有する化合物を使用してもよい。通常このコモノマは、架橋剤と同等の熱安定性を示す。たとえば、一般構造Ｚ’’Ｒ２（Ｚ’’は２つの置換基Ｒを持ち、置換基Ｒは各々、少なくとも１つのアルキン基を含み；置換基ＲはＺ’’に共有結合している）の化合物を使用してもよく、Ｒは、（化合物ＺＲ３およびＺ’Ｒ４の）上述のように定義される。中心部分Ｚ’’は、２つの置換基Ｒを連結している部分を表し、たとえば、（たとえば一対の６員環の一方の１，３−もしくは１，４−位に）２つの置換基Ｒを持つ芳香環または（たとえば４，４’−位に）２つの置換基Ｒを持つビフェニルを表す。架橋剤とコモノマとの比は、好ましくは１００：０〜２０：８０（ｍｏｌ％）である。好ましくはコモノマの比は５０ｍｏｌ％未満、一層好ましくは２０ｍｏｌ％未満である。
【００３５】
この実施形態による方法によって層間の境界がくっきりとした二層材料が得られる。硬化架橋剤の薄層は、この媒体を通常のターゲット基板に移行できるある種の表面に直接付着させる。架橋層の上に、たとえば標準的なポリマの安定な厚い層をスピンコートしてもよい。得られた硬化架橋層と標準的なポリマとのサンドイッチを硬化してもよい。硬化架橋剤の層は高度に架橋されており、かつ標準的なポリマの分子量は通常かなり大きいため、層の間で顕著な相互拡散は観察されない。
【００３６】
本発明のさらなる実施形態では、アルキン基を含有する１種または複数種の架橋性ポリマを含む支持層である基板の表面に架橋剤を付着させる。こうした架橋性ポリマのアルキン基はポリマ骨格に含まれていてもよいし、あるいはアルキン基はポリマの末端基に含まれていてもよい。本発明のこの実施形態では、架橋剤の付着分子が支持層の表面に達して拡散によりポリマ内に入り込み、架橋パートナーを見つける。こうして付着分子により架橋密度が局所的に増大するため、二層材料の層の間にくっきりとした境界は認められないものの、支持層の上にデータ記憶媒体が得られる。
【００３７】
一例では、支持層は、参照によって本明細書に援用する米国特許出願公開第２００７／０２９６１０１号に記載されているような少なくとも１種のポリアリールエーテルケトン・ポリマを含む。別の例では支持層は、参照によって本明細書に援用する国際公開第２００７／０９６３５９号に記載されているような少なくとも１種のポリイミド・オリゴマを含む。好ましくは、前記ポリアリールエーテルケトン・ポリマまたはポリイミド・オリゴマあるいはその両方は各々２つの末端を持ち、各末端は２つ以上のフェニル部分を持つ。たとえば米国特許出願公開第２００７／０２９６１０１号に記載されている以下のポリアリールエーテルケトン・ポリマ
【００３８】
【化７】
【００３９】
を使用してもよく、式中、Ｒ１は：
【００４０】
【化８】
【００４１】
からなる群から選択され、式中、Ｒ２は：
【００４２】
【化９】
【００４３】
からなる群から選択され、式中、Ｒ３はポリ（アリールアセチレン）、ポリ（フェニルエチニル）、
【００４４】
【化１０】
【００４５】
【化１１】
【００４６】
からなる群から選択され、式中、ｎは約５〜約５０の整数である。
【００４７】
米国特許出願公開第２００７／０２９６１０１号に記載されているポリアリールエーテルケトン・ポリマのさらなる実施形態では、下記式
【００４８】
【化１２】
【００４９】
のＲ２部分の数の０〜３０％が下記式：
【００５０】
【化１３】
【００５１】
の部分で置換されている。
【００５２】
これらの部分を含むポリアリールエーテルケトン・ポリマの合成は、Ｒ２部分の出発材料の混合物を用いて米国特許出願公開第２００７／０２９６１０１号に記載されているように行う。
【００５３】
別の例では、支持層は、少なくとも１種のポリイミド・オリゴマを含む。たとえば国際公開第２００７／０９６３５９号に記載されている以下のポリイミド・オリゴマを使用してもよい。
【００５４】
【化１４】
【００５５】
式中、Ｒ’は：
【００５６】
【化１５】
【００５７】
からなる群から選択され、式中、Ｒ’’は：
【００５８】
【化１６】
【００５９】
からなる群から選択され、式中、ｎは約５〜約５０の整数である。
【００６０】
別の例として国際公開第２００７／０９６３５９号に記載されている以下のポリイミド・オリゴマを使用してもよい。
Ｅ−Ｒ’−（Ａ１−Ａ２−Ａ３−…−ＡＮ−）Ｒ’’−Ｒ’−Ｅ
【００６１】
式中、Ｅは
【００６２】
【化１７】
【００６３】
であり、Ａ１、Ａ２、Ａ３…ＡＮは各々独立に：
【００６４】
【化１８】
【００６５】
からなる群から選択され、Ｒ’およびＲ’’は上記に定義したとおりであり；
Ｒ’’’は
【００６６】
【化１９】
【００６７】
であり、式中、Ｎは２以上の整数である。
【００６８】
ある例では、（基板がそれぞれテンプレートであるか、またはポリマ架橋性ポリマである実施形態の）支持層に含まれるポリマは高温安定性があり、ガラス転移温度（ＴＧ：ｇｌａｓｓ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）が低い。好ましくは、ガラス転移温度は２２０℃未満であり、一層好ましくは１００℃〜１８０℃、最も好ましくは１００℃〜１５０℃である。硬化架橋剤の層のガラス転移温度は通常支持層のポリマのガラス転移温度より高い。好ましくは双方のガラス転移温度の差は少なくとも５０℃である。
【００６９】
さらなる実施形態では、架橋剤の硬化を３３０℃〜４５０℃、好ましくは３５０〜４５０℃、最も好ましくは３８０℃〜４３０℃の間の温度で行う。
【００７０】
通常、本発明の方法のステップ（ａ）および（ｂ）は同時に行う。
【００７１】
架橋剤の蒸発は架橋剤を硬化させる温度より低い温度で行うため、既に付着している架橋剤の再蒸発も基板の表面で行う。しかしながら、全体的に硬化架橋剤層の成長が観察される。
【００７２】
架橋剤の硬化の際には、基板の表面に、あるいはその表面に隣接している基板の領域内（すなわち、それぞれアルキン基を含有するポリマを含む支持層および硬化架橋剤の層をターゲット層に移行できるテンプレート）に別の成分が存在していてもよい。こうした別の成分としては、重合反応を開始させる活性剤（たとえばラジカル開始剤および光活性剤）および処理を促進する分子または組成物（たとえば接着促進剤、消泡剤および安定剤）が挙げられる。
【００７３】
さらなる実施形態では、硬化架橋剤の層の厚さは少なくとも５ｎｍである。データ記憶媒体として使用するには通常厚さ５〜１０ｎｍで十分である。
【００７４】
基板の表面への架橋剤の付着は、他の技法によっても行うことができる。ソースから蒸発させてターゲットに蒸着する以外に、プラズマ蒸着のような技法を使用してもよい。しかしながら、プラズマ蒸着を使用すると架橋反応の性質が制御されず、プロセス全体を制御しにくくなる恐れがある。
【００７５】
第２の態様では、本発明はまた、本発明の方法の態様の実施形態により生じた、表面形状に特徴がある、データを記憶するデータ記憶媒体に適用される。
【００７６】
第３の態様では、本発明は、第２の態様によるデータ記憶媒体を組み込み、さらにデータ記憶媒体に記憶されるデータの書き込みまたは読み取りあるいはその両方を行う少なくとも１つのプローブを備えたデータ記憶装置に適用される。
【００７７】
本発明の一態様の特徴は他の任意の態様に適用してもよく、その逆も同様である。
【００７８】
本発明の特徴は、添付の特許請求の範囲に記載される。ただし、本発明自体については、以下の例示的な実施形態の詳細な説明を参照して添付図面と共に読むと、最もよく理解される。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施形態によるデータ記憶媒体を含むデータ記憶装置のチップ・アセンブリの構造および動作を図示する。
【図２】本発明の実施形態によるデータ記憶媒体を含むデータ記憶装置のチップ・アセンブリの構造および動作を図示する。
【図３】本発明の実施形態によるデータ記憶媒体を含むデータ記憶装置のチップ・アセンブリの構造および動作を図示する。
【図４】本発明の実施形態によるデータ記憶媒体を含むプローブ記憶アレイの部分的な斜視図である。
【図５】架橋剤を蒸発および付着させるための系を模式的に示す。
【図６】データ記憶媒体の例を示す。
【図７】低架橋ポリマに凹み形成されたビットの格子を示す。
【図８】架橋剤の層が低架橋ポリマの表面に付着および硬化された低架橋ポリマに凹み形成されたビットの格子を示す。
【図９】様々な深さで低架橋ポリマに凹み形成されたビットの温度と力の関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００８０】
図１〜図３は、本発明の実施形態によるデータ記憶媒体を含むデータ記憶装置のチップ・アセンブリ１００の構造および動作を図示する。図１では、プローブ・チップ・アセンブリ１００は、支持構造体１１０に連結された撓み部材１０５Ａおよび１０５Ｂを備えたＵ型カンチレバ１０５を含む。部材１０５Ａおよび１０５Ｂが撓むと、カンチレバ１０５が枢軸１１５を中心として大きく枢動（ｐｉｖｏｔａｌ ｍｏｔｉｏｎ）する。カンチレバ１０５は、撓み部材１０５Ａと１０５Ｂとの間に連結されたヒータ１２５に固定された圧子先端（ｉｎｄｅｎｔｅｒ ｔｉｐ）１２０を含む。撓み部材１０５Ａおよび１０５Ｂとヒータ１２５とは導電性があり、支持構造体１１０のワイヤ（図示せず）に連結される。一例では、撓み部材１０５Ａおよび１０５Ｂと圧子先端１２０とは高濃度ドープシリコンで形成され、電気抵抗が低く、ヒータ１２５は、一例ではヒータ１２５を電流が通過するとき約１００℃〜約５００℃まで圧子先端１２０を十分に加熱できる、電気抵抗が高い低濃度ドープシリコンで形成される。ヒータ１２５の電気抵抗は温度の関数である。
【００８１】
図１はさらに、基板１３０Ａおよび支持層１３０Ｃを含む記憶媒体（または記録媒体）１３０を図示する。一例では、支持層１３０Ｃは、ポリアリールエーテルケトン樹脂層である。一例では、支持層１３０Ｃは、厚さが約１０ｎｍ〜約５００ｎｍである。支持層１３０Ｃの上に示されるのは、硬化架橋剤の層１３０Ｂである。
【００８２】
次に図１のチップ・アセンブリ１００の動作に目を向けると、カンチレバ１０５に電流を通過させて圧子先端１２０を書き込み温度ＴＷ（ｗｒｉｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：書き込み温度）まで加熱し、圧子先端１２０を硬化架橋剤層１３０Ｂに押し付けることにより硬化架橋剤層１３０Ｂに凹部１３５が形成される。圧子先端１２０を加熱すると、先端は硬化架橋剤層１３０Ｂを貫通して凹部１３５を形成し、凹部１３５は先端の移動後も残る。第１の例では、圧子先端の温度を約５００℃以下にして圧子先端１２０を加熱することにより硬化架橋剤層１３０Ｂを加熱して凹部１３５を形成する。第２の例では、圧子先端の温度を約４００℃以下にして圧子先端１２０を加熱することにより硬化架橋剤層１３０Ｂを加熱して、凹部１３５を形成する。第３の例では、圧子先端の温度を約２００℃〜約５００℃にして圧子先端１２０を加熱することにより硬化架橋剤層１３０Ｂを加熱して凹部１３５を形成する。第４の例では、圧子先端の温度を約１００℃〜約４００℃にして圧子先端１２０を加熱することにより硬化架橋剤層１３０Ｂを加熱して凹部１３５を形成する。凹部１３５が形成されると、凹部の周りに硬化架橋剤のリング１３５Ａが形成される。凹部１３５はデータ・ビット値「１」を表し、凹部がない場合、データ・ビット値は「０」になる。凹部１３５はナノスケールの凹部（幅数ナノメートルから数百ナノメートル）である。
【００８３】
図２および図３は、ビット値の読み取りを図示する。図２および図３では、チップ・アセンブリ１００について硬化架橋剤層１３０Ｂの部分を走査する。圧子先端１２０が凹部のない硬化架橋剤層１３０Ｂの領域の上にある場合、ヒータ１２５は、硬化架橋剤層１３０Ｂの表面からＤ１の距離にある（図２を参照）。圧子先端１２０が凹部のある硬化架橋剤層１３０Ｂの領域の上にある場合、先端が凹部に「落ちる」ため、ヒータ１２５は硬化架橋剤層の表面からＤ２の距離にある（図３を参照）。Ｄ１はＤ２よりも大きい。ヒータ１２５が温度ＴＲ（ｒｅａｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：読み取り温度）であり、ＴＷより低い場合、圧子先端１２０が凹部内にない場合より凹部内にあるとき基板１３０Ａへの熱損失が大きくなる。これは、電流が一定のときヒータの抵抗の変化として測定されるため、データ・ビット値の「読み取り」が可能である。読み取りには、先端に機械的に結合されているが、先端から熱的に隔離された別のヒータを使用すると都合がよい。
【００８４】
「消去」（図示せず）は、圧子先端１２０を凹部１３５に近接して配置し、先端を温度ＴＥ（ｅｒａｓｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：消去温度）まで加熱し、書き込みと同等の負荷力を印加することで、前に書き込まれた凹みが緩和して平坦な状態になることにより達成されるのに対し、新しい凹みは、消去された凹みから若干離れたところに書き込まれる。このサイクルは一連のビットを消去したいときに繰り返され、それにより凹みは常に消去トラックの端部にとどまる。ＴＥは典型的にはＴＷよりも高い。消去ピッチは典型的には外縁の半径程度である。第１の例では、圧子先端の温度を約５００℃以下にして圧子先端１２０を加熱することにより硬化架橋剤層１３０Ｂを加熱し、消去ピッチを１０ｎｍとして凹部１３５をなくす。第２の例では、圧子先端の温度を約４００℃以下にして圧子先端１２０を加熱することにより硬化架橋剤層１３０Ｂを加熱し、消去ピッチを１０ｎｍとして凹部１３５をなくす。第３の例では、圧子先端の温度を約２００℃〜約４００℃にして圧子先端１２０を加熱することにより硬化架橋剤層１３０Ｂを加熱し、消去ピッチを１０ｎｍとして凹部１３５をなくす。第４の例では、圧子先端の温度を約２００℃〜約５００℃にして圧子先端１２０を加熱することにより硬化架橋剤層１３０Ｂを加熱し、消去ピッチを１０ｎｍとして凹部１３５をなくす。
【００８５】
図４は、本発明の実施形態によるデータ記憶媒体を含むプローブ記憶アレイ１４０の部分的な斜視図である。図４では、プローブ記憶アレイ１４０の一部が、データ記録層の役割を果たす硬化架橋剤の層（図示せず）が上にあるポリマ支持層（ポリマ層１５０）を備えた基板１４５を含む。一例では、ポリマ層１５０は厚さが約１０ｎｍ〜約５００ｎｍであり、ポリマ層１５０の書き込み可能領域の自乗平均平方根面粗さがポリマ層１５０全体で約１．０ｎｍ未満である。ポリマ層１５０の上に位置するのは、プローブ・チップ・アセンブリ１００のアレイを含むプローブ・アセンブリ１５５である。プローブ・アセンブリ１５５は、当該技術分野において公知のどのような装置を用いても基板１４５およびポリマ層１５０に対してＸ、ＹおよびＺ方向に移動できる。スイッチング・アレイ１６０Ａおよび１６０Ｂはそれぞれ、各プローブ・チップ・アセンブリに対応できるようにプローブ・チップ・アセンブリ１００の列（Ｘ−方向）および行（Ｙ−方向）に連結される。スイッチング・アレイ１６０Ａおよび１６０Ｂはコントローラ１６５に連結され、コントローラ１６５は、各プローブ・チップ・アセンブリ１００によりデータ・ビットを独立に書き込むための書き込み制御回路と、各プローブ・チップ・アセンブリ１００によりデータ・ビットを独立に読み取るための読み取り制御回路と、各プローブ・チップ・アセンブリ１００によりデータ・ビットを独立に消去するための消去制御回路と、各プローブ・チップ・アセンブリ１００の各々のヒータを独立に制御するための加熱制御回路と、プローブ・アセンブリ１５５のＸ、ＹおよびＺ移動を制御するためのＸ、ＹおよびＺ制御回路とを含む。Ｚ制御回路は、硬化ポリアリールエーテルケトン樹脂層１５０をプローブ・チップ・アセンブリ１００のアレイの先端と接触させる接触機構（図示せず）を制御する。
【００８６】
プローブ・アセンブリ１５５は書き込み動作中にポリマ層１５０に近接し、プローブ・チップ・アセンブリ１００がポリマ層１５０を走査する。上述のように凹部１３５は局所的に形成される。各プローブ・チップ・アセンブリ１００が書き込むのは、ポリマ層１５０に対応する領域１７０だけである。このため移動量が減少し、したがってデータの書き込みに要する時間も短縮される。
【００８７】
プローブ・アセンブリ１５５は読み取り動作中にポリマ層１５０に近接し、プローブ・チップ・アセンブリ１００がポリマ層１５０を走査する。上述のように凹部１３５は局所的に検出される。各プローブ・チップ・アセンブリ１００が読み取るのは、ポリマ層１５０に対応する領域１７０だけである。このため移動量が減少し、したがってデータの読み取りに要する時間も短縮される。
【００８８】
プローブ・アセンブリ１５５は消去動作中にポリマ層１５０に近接し、プローブ・チップ・アセンブリ１００がポリマ層１５０を走査する。上述のように凹部１３５は局所的に消去される。各プローブ・チップ・アセンブリ１００が読み取るのは、硬化ポリマ層１５０に対応する領域１７０だけである。このため移動量が減少し、したがってデータの消去に要する時間も短縮される。
【００８９】
上述のデータ記憶装置に関する他の詳細については、「Ｔｈｅ Ｍｉｌｌｉｐｅｄｅ−Ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｏｎｅ ｔｈｏｕｓａｎｄ ｔｉｐｓ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ＡＦＭ ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ」、Ｐ．ヴェッティガーら、ＩＢＭ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ、第４４巻Ｎｏ．３、２０００年５月、および「Ｔｈｅ Ｍｉｌｌｉｐｅｄｅ−Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｅｎｔｅｒｉｎｇ Ｄａｔａ Ｓｔｏｒａｇｅ」、Ｐ．ヴェッティガーら、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，第１巻、Ｎｏ．１という論文で確認することができる。さらに、どちらもその全体を参照によって本明細書に援用する、２００５年３月３日に公開されたフローマー（Ｆｒｏｍｍｅｒ）らへの米国特許出願公開第２００５／００４７３０７号、および２００５年３月３日に公開されたフローマーへの米国特許出願公開第２００５／００５０２５８号も参照されたい。
【００９０】
図５は、架橋剤を蒸発させるための蒸発系を図示する。系は、４２０℃まで別々に加熱できる２枚の熱伝導板２２０、２３０を含む。この板は相互に平行に配置され、たとえば、４ｃｍの距離離れている。蒸発プロセスのソース２００は底板２２０に固定される。ここで架橋剤、たとえば架橋剤１，３，５−トリス（４−（フェニルエチニル）フェニル）ベンゼン（構造ＩＩ）の溶液から得られた薄膜をシリコン・ウエハ上にスピンキャストする。ソース２００と向かい合うターゲット・ウエハ２１０は底板２３０に装着される。ソース材料のターゲットへの蒸着の開始または停止を効率的に行えるシャッタ２４０が２枚の板の間に配置される。系は高真空チャンバ（図示せず）内に位置される。
【００９１】
ターゲットを室温に保つことにより蒸発プロセスの温度較正を行った。シャッタ２４０を開く前に、水または他の汚染物質といった吸収された分子を蒸発させるためソース温度を１２０℃まで上昇させた。架橋剤、特に１，３，５−トリス（４−（フェニルエチニル）フェニル）ベンゼン（構造ＩＩ）の効果的な蒸発は、１５０℃〜２００℃の温度で得られることが明らかになった。エリプソメトリにより測定したところ、蒸発から１０分後のターゲット・ウエハに蒸着した膜の平均膜厚は２３ｎｍであった。
【００９２】
第２の実験では、蒸発の全過程においてターゲットを４００℃に保った。その目的は、架橋剤がターゲットに到達し次第架橋反応を惹起することにあった。この高温のため、架橋剤の分子の一部がターゲットから再蒸発し、第１の実験と同一の蒸発条件において前の例よりも薄い膜が得られた。エリプソメトリで測定したところ、蒸発から１０分後の厚さは１．５ｎｍであった。蒸発時間３０〜７０分後には、厚さ５〜１０ｎｍの層が得られた。
【００９３】
第３の実験では、ポリマ厚さ１３４ｎｍ（エリプソメトリにより測定）の低架橋型高温のスピンキャスト膜をターゲットとした（たとえば４，４’−ジフルオロベンゾフェノン、レソルシノールおよび３，５−ビス（４−（フェニルエチニル）−フェニル）フェノールから得られるポリアリールエーテルケトン・ポリマが使用可能であり、このポリマについては米国特許出願公開第２００７／０２９６１０１号に記載されている）。架橋剤の蒸発後、エリプソメトリにより測定したところ、ターゲット全体の厚さはやはり１３４ｎｍであった。しかしながら、詳細な解析から、１，３，５−トリス（４−（フェニルエチニル）フェニル）ベンゼン（構造ＩＩ）と基板としてのポリマとの硬化混合物を含む厚さ９ｎｍ（エリプソメトリにより測定）の最上層を持つ層構造であることが明らかになった（この実験ではターゲットを４００℃に保った）。硬化混合物の存在はエリプソメトリにより証明できる。すなわち、屈折率の測定値が、純粋な硬化架橋剤と純粋な低架橋型硬化ポリマとの値の間になる。したがって、この実験から、架橋剤は自由に拡散し、ポリマと局所的に反応することができ、それにより架橋密度が増大することが示される。得られる媒体の硬度は架橋密度に相関する。
【００９４】
図６は、前記の実験により得られるデータ記憶媒体の例を示す。このデータ記憶媒体は、シリコンまたは別の材料でできている基板（１４５）と、たとえばポリアリールエーテルケトン・ポリマ層のような非架橋または微架橋の下層（１５１）（通常骨格中の架橋モノマーの割合が＜１０％）とを含む。データ記憶媒体は、高度に架橋し、硬化架橋剤（たとえば１，３，５−トリス（４−（フェニルエチニル）フェニル）ベンゼン）を含む最上層（１５２）をさらに含む。最上層の厚さは通常５〜１０ｎｍである。
【００９５】
図７および図８はそれぞれ、低架橋ポリマの表面に書き込まれたビットのアレイ（図７）、および架橋剤の層が上に蒸着した低架橋ポリマから得られた層構造に書き込まれたビットのアレイ（図８）を示す。
【００９６】
図７に示す低架橋ポリマは、前の段落に記載したポリアリールエーテルケトン・ポリマである。図７に示すビットが書き込まれた格子に使用した層構造も前の段落に記載されている。
【００９７】
ビットの格子を書き込むには、ミリピード（ｍｉｌｌｉｐｅｄｅ）を使用した。どちらの図も４つのブロックを各々異なる温度で書き込み、それぞれ下から上に１００℃、２３０℃、３６７℃および５００℃とした。各ブロック内の力は３本の線ごとに増大させる。それぞれ８５ｎＮ、１０５ｎＮ、１２５ｎＮおよび１４５ｎＮである。
【００９８】
図９は、それぞれ低架橋ポリマ（実線）の表面、および架橋剤の層が上に蒸着した低架橋ポリマから得られた層構造（破線）の表面に書き込まれた一定の深さ１ｎｍ（「１」）、２ｎｍ（「２」）、３ｎｍ（「３」）および４ｎｍ（「４」）を持つビットの温度と力の関係を示す。この実験に使用したポリマ／層構造は、前の段落に記載したポリマ／層構造と同一である。
【００９９】
硬化架橋剤の最上層を持つサンプルの曲線はより大きな力に向かって変位していることから、予想どおり硬度の増加が明確に示される。実際に、架橋面が加わるとポリマ鎖の移動度が局所的に低下する。このため、ガラス転移温度が上昇し、より硬質の材料が形成される。この方法により、拡散プロセスを通じて架橋剤の供給が行われるため、上面から硬度勾配を示す媒体が得られると予想される。蒸発時間を変更し、最終的にターゲットの温度を変更することにより、様々な拡散長を持つ媒体を得ることができる。このようにして、書き込み条件、ビットの保持性およびチップの摩耗性を最適化するため、媒体の特性を調整することができる。
【０１００】
ポリマおよび架橋剤の合成：
架橋剤は、米国特許第６，７１３，５９０号に記載される例示的な合成に従って合成することができる。また、１，３，５−トリス［４−（フェニルエチニル）フェニル］ベンゼンについては、Ｓ．Ｖ．リンデマン（Ｓ．Ｖ．Ｌｉｎｄｅｍａｎ）ら、Ｒｕｓｓｉａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ Ｃ／Ｃ ｏｆ Ｉｚｖｅｓｔｉｉａ−Ａｋａｄｅｍｉｉａ Ｎａｕｋ Ｓｅｒｉｉａ Ｋｈｉｍｉｃｈｅｓｋａｉａ １９９４、４３、１８７３またはコナー（Ｃｏｎｎｏｒ）ら、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２００４、１６、１５２５に従って合成することができる。
【０１０１】
ポリアリールエーテルケトン・ポリマは、米国特許出願公開第２００７／０２９６１０１号に記載されているように合成される。ポリイミド・オリゴマについては、国際公開第２００７／０９６３５９号に記載されているように合成される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は高密度データ記憶の分野に関し、さらに詳しくはデータ記憶媒体、データ記憶システムおよびデータ記憶方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のデータ記憶法は、０．１〜１０μｍの領域で行われる。今まで以上に小さいスペースにこれまで以上の情報を記憶することを目的として、データ記憶密度が増大している。電力消費を抑え、集積回路の動作速度を増加させるため、集積回路の製造に使用するリソグラフィは、寸法の小型化およびイメージングの高密度化を強いられている。データ記憶のサイズが大きくなり、密度が増大し、集積回路密度が増大するにつれ、ナノメートル領域で作動する記憶媒体用の組成物の開発が求められている。
【０００３】
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）の原理に基づきデータを記憶する記憶装置は、非特許文献１に開示されている。この記憶装置の読み取りおよび書き込み機能は、各々先端を持つプローブ・アレイによる記憶媒体の機械的なｘｙ走査に基づく。プローブは同時に動作し、各プローブは動作中、記憶媒体の関連領域を走査する。記憶媒体はポリマ層を含んでいる。頂部の直径が各々５ｎｍ〜２０ｎｍの先端が接触モードでポリマ層の表面全体を移動する。接触モードは、プローブの先端が記憶媒体の表面に触れ得るような小さい力をプローブに印加することにより達成される。このため、プローブは、端部に先端があるカンチレバを含む。ビットは、ポリマ層の凹部マークまたは非凹部マークにより表される。カンチレバは、読み取り／書き込みモードでの装置の動作時にポリマ層の表面全体を移動する中でその表面形状の変化に応答する。
【０００４】
凹部マークは、熱機械記録によりポリマ表面上に形成される。これは、ポリマ層に対して接触モードで動作した各プローブを加熱することにより達成される。先端の加熱は、凹部マークの書き込み／形成を専門に行うヒータを介して達成される。ポリマ層は、加熱された先端により接触される場所が局所的に軟化する。その結果、たとえば、凹部の形成に使用される先端がナノスケールの直径を持つ凹部を層上に形成する。
【０００５】
また、読み取りも熱機械的な考え方により達成される。プローブは、凹部マークの読み取り／検出のプロセスを専門に行うヒータを使用して加熱される。先端に連結されていないためプローブが加熱されないヒータか、あるいはプローブは加熱されるが、連結された先端を加熱するほどプローブが加熱されない、すなわち、加熱温度がそれほど高くないためポリマ層が書き込みに必要なほど軟化しないヒータのいずれかが別個に使用される。熱検出は、プローブが凹部に移動した場合に熱輸送がより効率化するため、プローブと記憶媒体との間の熱伝導が変化することによる。この結果として、ヒータの温度が低下し、それに伴いその電気抵抗も変化する。そこでこの抵抗の変化を測定し、測定信号とする。
【０００６】
こうした熱プローブ記憶分野において媒体としての要件は、ポリマ凹部の力学と媒体および先端層を限定する必要性とによって規定される。好ましくは、ガラス転移温度はできるだけ低くするべきであるが、同時にポリマは熱的に安定である必要がある。ポリマの熱安定性は、非常に熱安定性があるポリマを使用して架橋を行うことにより達成される。架橋は典型的には凹みを形成するのに大きな力を要する硬質な材料を生成するため、先端の摩耗が増大する。中程度の書き込み速度の場合、比較的高い温度を使用して力および先端の摩耗を最低限に抑えることができる。書き込み温度は書き込み速度と共に高くなるため、最高設計温度でカンチレバ・ヒータ要素の動作を必要とする高速書き込みでは、こうした熱と力とのトレードオフは不可能となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｐ．ヴェッティガー（Ｐ．Ｖｅｔｔｉｇｅｒ）らによる「Ｔｈｅ Ｍｉｌｌｉｐｅｄｅ−Ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｏｎｅ ｔｈｏｕｓａｎｄ ｔｉｐｓ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ＡＦＭ ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ」、ＩＢＭ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ、第４４巻Ｎｏ．３、２０００年３月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、媒体の耐摩耗性を得るための高架橋密度と、柔らかい書き込み状態を得るための低いガラス転移温度という相反する要件を調和させるデータ記憶媒体の製造方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様では、表面形状（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ ｆｅａｔｕｒｅ）によりデータを記憶するため、基板の表面にデータ記憶媒体を製造する方法であって、（ａ）少なくとも３つのアルキン基を含む（すなわち少なくとも３つの炭素−炭素三重結合を含む）架橋剤を基板の表面に付着させるステップ；（ｂ）付着した架橋剤を硬化し、それにより基板の表面に架橋ポリマ層の形態でデータ記憶媒体を得るように基板に改質された（ｍｏｄｉｆｉｅｄ）表面を作製するステップを含む、方法を提供する。
【００１０】
本発明の第１の態様では、架橋剤の層を基板の表面に付着する。架橋剤の付着と同時あるいはその後に、付着した架橋剤を硬化し、それにより硬化架橋剤を含む層を得る。この層は高架橋密度を示す。一実施形態では、基板は、たとえば、硬化性ポリマ、特にポリマ骨格またはこのポリマの末端基にアルキン基を持つポリマを含む支持層であってもよい。さらなる実施形態では、基板は、硬化架橋剤の層をターゲット層、特にポリマ・ターゲット層に移行できるテンプレートであっても構わない。架橋剤および架橋剤の層をそれぞれ硬化することにより、少なくとも３つのアルキン基が再配置して梯子状ネットワークを形成し、これが分子間に強い化学結合を与え、妥当である場合、支持層のポリマは基板として使用される。したがって、本発明によれば、軟質な下層上に付着／移行された薄くて硬質な表層部分を含む二層材料が得られる。
【００１１】
本発明の第１の態様の実施形態では、基板表面への架橋剤の付着、およびターゲットとして使用する基板の表面への少なくとも一部の付着を、ソースからの架橋剤の蒸発により行う。この手法を用いることにより、非常に薄いポリマの層を基板上に付着させることができ、硬化のプロセスの過程でデウェッティング（ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ）現象（たとえば、厚さ５ｎｍの薄層の不安定性に起因する）は観察され得ない。一方、スピンキャストのような他の付着方法を用いると、デウェッティング現象が起こる。基板の表面エネルギを低下させる界面活性剤を使用しても、この問題は解決されず、スピンキャストしたポリマのデウェッティングは回避できない。
【００１２】
本発明の第１の態様のさらなる実施形態では、架橋剤は、構造ＺＲ３またはＺＲ’４あるいはその両方の化合物から選択される。ＺおよびＺ’は、結合部分、特に芳香族リンカーを表し、アルキン基を含む置換基を結合している（Ｚは３つの置換基Ｒを持ち、Ｚ’は少なくとも４つの置換基Ｒを持ち、置換基Ｒは各々、少なくとも１つのアルキン基を含み；置換基ＲはそれぞれＺおよびＺ’に共有結合している）。
【００１３】
たとえばＺは、１，３，５−置換６員芳香環または１，２，４−置換６員芳香環であってもよい。さらに、結合部分は、複数の芳香環を含んでいてもよい。たとえば少なくとも２つの環は各々、少なくとも２つの置換基Ｒを含んでいてもよい。たとえばＺ’は、単結合またはアルキレンもしくはアリーレン・リンカーまたは酸素原子を介して連結された２つの６員芳香環を含んでいてもよい。Ｚ’の前記２つの６員芳香環は各々、たとえば３，５−置換芳香環でも、または３，４−置換芳香環でもよい。さらに、３つの芳香環が含まれていてもよく、これら少なくとも３つの環は各々、少なくとも１つのアルキン基を含む少なくとも１つの置換基Ｒを持つ。
【００１４】
あるいは、ＺおよびＺ’は、脂肪族結合部分、特に所望の特殊な配列の置換基Ｒを生じる部分であってもよい（Ｚは３つの置換基Ｒを持ち、Ｚ’は４つの置換基Ｒを持ち、置換基Ｒは各々、少なくとも１つのアルキン基を含む）。
【００１５】
構造ＺＲ３またはＺＲ’４あるいはその両方の架橋剤の置換基Ｒは、少なくとも１つのアルキン基および置換もしくは非置換の芳香族部分または水素原子を含む部分を相互にランダムかつ独立に表すか、あるいはアルキン基および置換もしくは非置換の芳香族部分または水素原子からなる。
【００１６】
多くの場合、置換基Ｒは同一であり、架橋剤の構造は極性が低いため、架橋剤は蒸発しやすい。
【００１７】
好ましくは結合部分ＺまたはＺ’は下記式またはシリコン原子を表し、式中、＊は、ＲとＺまたはＺ’との間の結合を示す。
【００１８】
【化１】
【００１９】
【化２】
【００２０】
結合部分の２つの芳香環の間にあるリンカーＬは、好ましくは酸素、アルキレンまたはアリーレン部分を表す。あるいは、Ｌは、２つの芳香環の間の単結合であってもよい。好ましくは、アルキレン・リンカーは、メチレン・リンカーまたはＣ（ＣＨ３）２のような置換メチレン・リンカーである。
【００２１】
好ましくは少なくとも１つのアルキン基を含む置換基Ｒは、置換アルキン基（すなわち末端アルキンを含まない）、メタ−もしくはパラ−置換フェニレン基またはフェニル基あるいはその組み合わせを含む部分を相互にランダムかつ独立に表す。あるいは、Ｒは、置換アルキン基、メタ−もしくはパラ−置換フェニレン部分または置換もしくは非置換フェニル基部分あるいはそれらの組み合わせからなる部分を表す。非置換フェニル基が好ましく、置換フェニル基を含む架橋剤は温度安定性が低い。置換基Ｒは、２つ以上のアルキン基および２つ以上のメタ−もしくはパラ−置換フェニレン部分をさらに含んでいてもよい。
【００２２】
最も好ましくは、置換基Ｒは、相互にランダムかつ独立に下記式を表し、式中、＊は、ＲとＺまたはＺ’との間の結合を示す。
【００２３】
【化３】
【００２４】
架橋剤ＺＲ３またはＺＲ’４は、最も好ましくは下記式を表す。
【００２５】
【化４】
【００２６】
【化５】
【００２７】
【化６】
【００２８】
さらなる実施形態では、使用する架橋剤は、３００℃未満の温度で蒸発する。より高い温度になるとアルキン基を含む架橋剤は、多くの場合、重合しやすくなる。一層好ましくは、架橋剤は、２５０℃未満の温度、最も好ましくは１５０〜２００℃の間の温度で蒸発する。こうした１５０〜２００℃の間の温度で蒸発する架橋剤の割合によって満足のいく蒸着率が可能になる。
【００２９】
一例では、本発明の実施形態による架橋剤は、分子量が約９００ダルトン未満であると都合がよい（本発明の記載においてダルトンおよびｇ／ｍｏｌは同義で使用される場合がある）。一層好ましくは、架橋剤は分子量が２７０〜８００ダルトンの間である。
【００３０】
本発明の実施形態の１つでは、架橋ポリマ層をテンプレートの表面に付着させる。この実施形態では、架橋剤の硬化後に以下のステップを行う：
（ｃ）基板の改質表面（すなわちテンプレートの改質表面）をターゲット層の表面と接触させる。これにより、架橋ポリマ層と改質表面に隣接するターゲット層とを持つ基板を含むアセンブリを得る。ステップ（ｄ）では、ステップ（ｃ）で得られたアセンブリの環境に液体を導入する。この結果、硬化架橋剤の層が少なくともターゲット表面上の隣接領域に移行する。テンプレート表面は、その表面粗さプロファイルによって選択され、好ましくは相対的にきずを含まない。ステップ（ｄ）で得られる二層材料の硬化架橋剤層の曝露表面（すなわち支持層の上のデータ記憶媒体層）は、前に接触していたテンプレート表面と同程度の平面度を示す。また、データ記憶媒体の層をテンプレート層からターゲット層に移行する方法については、その開示内容を参照によって本明細書に援用する国際公開第２００７／１１３７６０号に記載されている。
【００３１】
一例では、この実施形態に使用するテンプレートの表面は親水性特性を有する。望ましくは、テンプレート表面は、雲母基板、フレーム・アニール処理（ｆｌａｍｅ−ａｎｎｅａｌｅｄ）ガラス基板、シリコン基板上のシリコン酸化物層および（１００）表面ペロブスカイト基板のうちの１つの表面を含む。また、ステップ（ｃ）の前にステップ（ｂ）で生成された改質表面を加熱することも好ましい。
【００３２】
ステップ（ｄ）で導入する液体は、極性液体を含むことが望ましい。
【００３３】
この実施形態の別の例では、ステップ（ａ）において架橋剤とコモノマとの混合物を付着させて架橋剤の硬化層を得る。ステップ（ｂ）では、付着した架橋剤とコモノマの混合物を硬化し、それにより架橋ポリマ層を作製する。
【００３４】
コモノマとして、少なくとも２つのアルキン基を有する化合物を使用してもよい。通常このコモノマは、架橋剤と同等の熱安定性を示す。たとえば、一般構造Ｚ’’Ｒ２（Ｚ’’は２つの置換基Ｒを持ち、置換基Ｒは各々、少なくとも１つのアルキン基を含み；置換基ＲはＺ’’に共有結合している）の化合物を使用してもよく、Ｒは、（化合物ＺＲ３およびＺ’Ｒ４の）上述のように定義される。中心部分Ｚ’’は、２つの置換基Ｒを連結している部分を表し、たとえば、（たとえば一対の６員環の一方の１，３−もしくは１，４−位に）２つの置換基Ｒを持つ芳香環または（たとえば４，４’−位に）２つの置換基Ｒを持つビフェニルを表す。架橋剤とコモノマとの比は、好ましくは１００：０〜２０：８０（ｍｏｌ％）である。好ましくはコモノマの比は５０ｍｏｌ％未満、一層好ましくは２０ｍｏｌ％未満である。
【００３５】
この実施形態による方法によって層間の境界がくっきりとした二層材料が得られる。硬化架橋剤の薄層は、この媒体を通常のターゲット基板に移行できるある種の表面に直接付着させる。架橋層の上に、たとえば標準的なポリマの安定な厚い層をスピンコートしてもよい。得られた硬化架橋層と標準的なポリマとのサンドイッチを硬化してもよい。硬化架橋剤の層は高度に架橋されており、かつ標準的なポリマの分子量は通常かなり大きいため、層の間で顕著な相互拡散は観察されない。
【００３６】
本発明のさらなる実施形態では、アルキン基を含有する１種または複数種の架橋性ポリマを含む支持層である基板の表面に架橋剤を付着させる。こうした架橋性ポリマのアルキン基はポリマ骨格に含まれていてもよいし、あるいはアルキン基はポリマの末端基に含まれていてもよい。本発明のこの実施形態では、架橋剤の付着分子が支持層の表面に達して拡散によりポリマ内に入り込み、架橋パートナーを見つける。こうして付着分子により架橋密度が局所的に増大するため、二層材料の層の間にくっきりとした境界は認められないものの、支持層の上にデータ記憶媒体が得られる。
【００３７】
一例では、支持層は、参照によって本明細書に援用する米国特許出願公開第２００７／０２９６１０１号に記載されているような少なくとも１種のポリアリールエーテルケトン・ポリマを含む。別の例では支持層は、参照によって本明細書に援用する国際公開第２００７／０９６３５９号に記載されているような少なくとも１種のポリイミド・オリゴマを含む。好ましくは、前記ポリアリールエーテルケトン・ポリマまたはポリイミド・オリゴマあるいはその両方は各々２つの末端を持ち、各末端は２つ以上のフェニル部分を持つ。たとえば米国特許出願公開第２００７／０２９６１０１号に記載されている以下のポリアリールエーテルケトン・ポリマ
【００３８】
【化７】
【００３９】
を使用してもよく、式中、Ｒ１は：
【００４０】
【化８】
【００４１】
からなる群から選択され、式中、Ｒ２は：
【００４２】
【化９】
【００４３】
からなる群から選択され、式中、Ｒ３はポリ（アリールアセチレン）、ポリ（フェニルエチニル）、
【００４４】
【化１０】
【００４５】
【化１１】
【００４６】
からなる群から選択され、式中、ｎは約５〜約５０の整数である。
【００４７】
米国特許出願公開第２００７／０２９６１０１号に記載されているポリアリールエーテルケトン・ポリマのさらなる実施形態では、下記式
【００４８】
【化１２】
【００４９】
のＲ２部分の数の０〜３０％が下記式：
【００５０】
【化１３】
【００５１】
の部分で置換されている。
【００５２】
これらの部分を含むポリアリールエーテルケトン・ポリマの合成は、Ｒ２部分の出発材料の混合物を用いて米国特許出願公開第２００７／０２９６１０１号に記載されているように行う。
【００５３】
別の例では、支持層は、少なくとも１種のポリイミド・オリゴマを含む。たとえば国際公開第２００７／０９６３５９号に記載されている以下のポリイミド・オリゴマを使用してもよい。
【００５４】
【化１４】
【００５５】
式中、Ｒ’は：
【００５６】
【化１５】
【００５７】
からなる群から選択され、式中、Ｒ’’は：
【００５８】
【化１６】
【００５９】
からなる群から選択され、式中、ｎは約５〜約５０の整数である。
【００６０】
別の例として国際公開第２００７／０９６３５９号に記載されている以下のポリイミド・オリゴマを使用してもよい。
Ｅ−Ｒ’−（Ａ１−Ａ２−Ａ３−…−ＡＮ−）Ｒ’’−Ｒ’−Ｅ
【００６１】
式中、Ｅは
【００６２】
【化１７】
【００６３】
であり、Ａ１、Ａ２、Ａ３…ＡＮは各々独立に：
【００６４】
【化１８】
【００６５】
からなる群から選択され、Ｒ’およびＲ’’は上記に定義したとおりであり；
Ｒ’’’は
【００６６】
【化１９】
【００６７】
であり、式中、Ｎは２以上の整数である。
【００６８】
ある例では、（基板がそれぞれテンプレートであるか、またはポリマ架橋性ポリマである実施形態の）支持層に含まれるポリマは高温安定性があり、ガラス転移温度（ＴＧ：ｇｌａｓｓ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）が低い。好ましくは、ガラス転移温度は２２０℃未満であり、一層好ましくは１００℃〜１８０℃、最も好ましくは１００℃〜１５０℃である。硬化架橋剤の層のガラス転移温度は通常支持層のポリマのガラス転移温度より高い。好ましくは双方のガラス転移温度の差は少なくとも５０℃である。
【００６９】
さらなる実施形態では、架橋剤の硬化を３３０℃〜４５０℃、好ましくは３５０〜４５０℃、最も好ましくは３８０℃〜４３０℃の間の温度で行う。
【００７０】
通常、本発明の方法のステップ（ａ）および（ｂ）は同時に行う。
【００７１】
架橋剤の蒸発は架橋剤を硬化させる温度より低い温度で行うため、既に付着している架橋剤の再蒸発も基板の表面で行う。しかしながら、全体的に硬化架橋剤層の成長が観察される。
【００７２】
架橋剤の硬化の際には、基板の表面に、あるいはその表面に隣接している基板の領域内（すなわち、それぞれアルキン基を含有するポリマを含む支持層および硬化架橋剤の層をターゲット層に移行できるテンプレート）に別の成分が存在していてもよい。こうした別の成分としては、重合反応を開始させる活性剤（たとえばラジカル開始剤および光活性剤）および処理を促進する分子または組成物（たとえば接着促進剤、消泡剤および安定剤）が挙げられる。
【００７３】
さらなる実施形態では、硬化架橋剤の層の厚さは少なくとも５ｎｍである。データ記憶媒体として使用するには通常厚さ５〜１０ｎｍで十分である。
【００７４】
基板の表面への架橋剤の付着は、他の技法によっても行うことができる。ソースから蒸発させてターゲットに蒸着する以外に、プラズマ蒸着のような技法を使用してもよい。しかしながら、プラズマ蒸着を使用すると架橋反応の性質が制御されず、プロセス全体を制御しにくくなる恐れがある。
【００７５】
第２の態様では、本発明はまた、本発明の方法の態様の実施形態により生じた、表面形状に特徴がある、データを記憶するデータ記憶媒体に適用される。
【００７６】
第３の態様では、本発明は、第２の態様によるデータ記憶媒体を組み込み、さらにデータ記憶媒体に記憶されるデータの書き込みまたは読み取りあるいはその両方を行う少なくとも１つのプローブを備えたデータ記憶装置に適用される。
【００７７】
本発明の一態様の特徴は他の任意の態様に適用してもよく、その逆も同様である。
【００７８】
本発明の特徴は、添付の特許請求の範囲に記載される。ただし、本発明自体については、以下の例示的な実施形態の詳細な説明を参照して添付図面と共に読むと、最もよく理解される。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施形態によるデータ記憶媒体を含むデータ記憶装置のチップ・アセンブリの構造および動作を図示する。
【図２】本発明の実施形態によるデータ記憶媒体を含むデータ記憶装置のチップ・アセンブリの構造および動作を図示する。
【図３】本発明の実施形態によるデータ記憶媒体を含むデータ記憶装置のチップ・アセンブリの構造および動作を図示する。
【図４】本発明の実施形態によるデータ記憶媒体を含むプローブ記憶アレイの部分的な斜視図である。
【図５】架橋剤を蒸発および付着させるための系を模式的に示す。
【図６】データ記憶媒体の例を示す。
【図７】低架橋ポリマに凹み形成されたビットの格子を示す。
【図８】架橋剤の層が低架橋ポリマの表面に付着および硬化された低架橋ポリマに凹み形成されたビットの格子を示す。
【図９】様々な深さで低架橋ポリマに凹み形成されたビットの温度と力の関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００８０】
図１〜図３は、本発明の実施形態によるデータ記憶媒体を含むデータ記憶装置のチップ・アセンブリ１００の構造および動作を図示する。図１では、プローブ・チップ・アセンブリ１００は、支持構造体１１０に連結された撓み部材１０５Ａおよび１０５Ｂを備えたＵ型カンチレバ１０５を含む。部材１０５Ａおよび１０５Ｂが撓むと、カンチレバ１０５が枢軸１１５を中心として大きく枢動（ｐｉｖｏｔａｌ ｍｏｔｉｏｎ）する。カンチレバ１０５は、撓み部材１０５Ａと１０５Ｂとの間に連結されたヒータ１２５に固定された圧子先端（ｉｎｄｅｎｔｅｒ ｔｉｐ）１２０を含む。撓み部材１０５Ａおよび１０５Ｂとヒータ１２５とは導電性があり、支持構造体１１０のワイヤ（図示せず）に連結される。一例では、撓み部材１０５Ａおよび１０５Ｂと圧子先端１２０とは高濃度ドープシリコンで形成され、電気抵抗が低く、ヒータ１２５は、一例ではヒータ１２５を電流が通過するとき約１００℃〜約５００℃まで圧子先端１２０を十分に加熱できる、電気抵抗が高い低濃度ドープシリコンで形成される。ヒータ１２５の電気抵抗は温度の関数である。
【００８１】
図１はさらに、基板１３０Ａおよび支持層１３０Ｃを含む記憶媒体（または記録媒体）１３０を図示する。一例では、支持層１３０Ｃは、ポリアリールエーテルケトン樹脂層である。一例では、支持層１３０Ｃは、厚さが約１０ｎｍ〜約５００ｎｍである。支持層１３０Ｃの上に示されるのは、硬化架橋剤の層１３０Ｂである。
【００８２】
次に図１のチップ・アセンブリ１００の動作に目を向けると、カンチレバ１０５に電流を通過させて圧子先端１２０を書き込み温度ＴＷ（ｗｒｉｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：書き込み温度）まで加熱し、圧子先端１２０を硬化架橋剤層１３０Ｂに押し付けることにより硬化架橋剤層１３０Ｂに凹部１３５が形成される。圧子先端１２０を加熱すると、先端は硬化架橋剤層１３０Ｂを貫通して凹部１３５を形成し、凹部１３５は先端の移動後も残る。第１の例では、圧子先端の温度を約５００℃以下にして圧子先端１２０を加熱することにより硬化架橋剤層１３０Ｂを加熱して凹部１３５を形成する。第２の例では、圧子先端の温度を約４００℃以下にして圧子先端１２０を加熱することにより硬化架橋剤層１３０Ｂを加熱して、凹部１３５を形成する。第３の例では、圧子先端の温度を約２００℃〜約５００℃にして圧子先端１２０を加熱することにより硬化架橋剤層１３０Ｂを加熱して凹部１３５を形成する。第４の例では、圧子先端の温度を約１００℃〜約４００℃にして圧子先端１２０を加熱することにより硬化架橋剤層１３０Ｂを加熱して凹部１３５を形成する。凹部１３５が形成されると、凹部の周りに硬化架橋剤のリング１３５Ａが形成される。凹部１３５はデータ・ビット値「１」を表し、凹部がない場合、データ・ビット値は「０」になる。凹部１３５はナノスケールの凹部（幅数ナノメートルから数百ナノメートル）である。
【００８３】
図２および図３は、ビット値の読み取りを図示する。図２および図３では、チップ・アセンブリ１００について硬化架橋剤層１３０Ｂの部分を走査する。圧子先端１２０が凹部のない硬化架橋剤層１３０Ｂの領域の上にある場合、ヒータ１２５は、硬化架橋剤層１３０Ｂの表面からＤ１の距離にある（図２を参照）。圧子先端１２０が凹部のある硬化架橋剤層１３０Ｂの領域の上にある場合、先端が凹部に「落ちる」ため、ヒータ１２５は硬化架橋剤層の表面からＤ２の距離にある（図３を参照）。Ｄ１はＤ２よりも大きい。ヒータ１２５が温度ＴＲ（ｒｅａｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：読み取り温度）であり、ＴＷより低い場合、圧子先端１２０が凹部内にない場合より凹部内にあるとき基板１３０Ａへの熱損失が大きくなる。これは、電流が一定のときヒータの抵抗の変化として測定されるため、データ・ビット値の「読み取り」が可能である。読み取りには、先端に機械的に結合されているが、先端から熱的に隔離された別のヒータを使用すると都合がよい。
【００８４】
「消去」（図示せず）は、圧子先端１２０を凹部１３５に近接して配置し、先端を温度ＴＥ（ｅｒａｓｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：消去温度）まで加熱し、書き込みと同等の負荷力を印加することで、前に書き込まれた凹みが緩和して平坦な状態になることにより達成されるのに対し、新しい凹みは、消去された凹みから若干離れたところに書き込まれる。このサイクルは一連のビットを消去したいときに繰り返され、それにより凹みは常に消去トラックの端部にとどまる。ＴＥは典型的にはＴＷよりも高い。消去ピッチは典型的には外縁の半径程度である。第１の例では、圧子先端の温度を約５００℃以下にして圧子先端１２０を加熱することにより硬化架橋剤層１３０Ｂを加熱し、消去ピッチを１０ｎｍとして凹部１３５をなくす。第２の例では、圧子先端の温度を約４００℃以下にして圧子先端１２０を加熱することにより硬化架橋剤層１３０Ｂを加熱し、消去ピッチを１０ｎｍとして凹部１３５をなくす。第３の例では、圧子先端の温度を約２００℃〜約４００℃にして圧子先端１２０を加熱することにより硬化架橋剤層１３０Ｂを加熱し、消去ピッチを１０ｎｍとして凹部１３５をなくす。第４の例では、圧子先端の温度を約２００℃〜約５００℃にして圧子先端１２０を加熱することにより硬化架橋剤層１３０Ｂを加熱し、消去ピッチを１０ｎｍとして凹部１３５をなくす。
【００８５】
図４は、本発明の実施形態によるデータ記憶媒体を含むプローブ記憶アレイ１４０の部分的な斜視図である。図４では、プローブ記憶アレイ１４０の一部が、データ記録層の役割を果たす硬化架橋剤の層（図示せず）が上にあるポリマ支持層（ポリマ層１５０）を備えた基板１４５を含む。一例では、ポリマ層１５０は厚さが約１０ｎｍ〜約５００ｎｍであり、ポリマ層１５０の書き込み可能領域の自乗平均平方根面粗さがポリマ層１５０全体で約１．０ｎｍ未満である。ポリマ層１５０の上に位置するのは、プローブ・チップ・アセンブリ１００のアレイを含むプローブ・アセンブリ１５５である。プローブ・アセンブリ１５５は、当該技術分野において公知のどのような装置を用いても基板１４５およびポリマ層１５０に対してＸ、ＹおよびＺ方向に移動できる。スイッチング・アレイ１６０Ａおよび１６０Ｂはそれぞれ、各プローブ・チップ・アセンブリに対応できるようにプローブ・チップ・アセンブリ１００の列（Ｘ−方向）および行（Ｙ−方向）に連結される。スイッチング・アレイ１６０Ａおよび１６０Ｂはコントローラ１６５に連結され、コントローラ１６５は、各プローブ・チップ・アセンブリ１００によりデータ・ビットを独立に書き込むための書き込み制御回路と、各プローブ・チップ・アセンブリ１００によりデータ・ビットを独立に読み取るための読み取り制御回路と、各プローブ・チップ・アセンブリ１００によりデータ・ビットを独立に消去するための消去制御回路と、各プローブ・チップ・アセンブリ１００の各々のヒータを独立に制御するための加熱制御回路と、プローブ・アセンブリ１５５のＸ、ＹおよびＺ移動を制御するためのＸ、ＹおよびＺ制御回路とを含む。Ｚ制御回路は、硬化ポリアリールエーテルケトン樹脂層１５０をプローブ・チップ・アセンブリ１００のアレイの先端と接触させる接触機構（図示せず）を制御する。
【００８６】
プローブ・アセンブリ１５５は書き込み動作中にポリマ層１５０に近接し、プローブ・チップ・アセンブリ１００がポリマ層１５０を走査する。上述のように凹部１３５は局所的に形成される。各プローブ・チップ・アセンブリ１００が書き込むのは、ポリマ層１５０に対応する領域１７０だけである。このため移動量が減少し、したがってデータの書き込みに要する時間も短縮される。
【００８７】
プローブ・アセンブリ１５５は読み取り動作中にポリマ層１５０に近接し、プローブ・チップ・アセンブリ１００がポリマ層１５０を走査する。上述のように凹部１３５は局所的に検出される。各プローブ・チップ・アセンブリ１００が読み取るのは、ポリマ層１５０に対応する領域１７０だけである。このため移動量が減少し、したがってデータの読み取りに要する時間も短縮される。
【００８８】
プローブ・アセンブリ１５５は消去動作中にポリマ層１５０に近接し、プローブ・チップ・アセンブリ１００がポリマ層１５０を走査する。上述のように凹部１３５は局所的に消去される。各プローブ・チップ・アセンブリ１００が読み取るのは、硬化ポリマ層１５０に対応する領域１７０だけである。このため移動量が減少し、したがってデータの消去に要する時間も短縮される。
【００８９】
上述のデータ記憶装置に関する他の詳細については、「Ｔｈｅ Ｍｉｌｌｉｐｅｄｅ−Ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｏｎｅ ｔｈｏｕｓａｎｄ ｔｉｐｓ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ＡＦＭ ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ」、Ｐ．ヴェッティガーら、ＩＢＭ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ、第４４巻Ｎｏ．３、２０００年５月、および「Ｔｈｅ Ｍｉｌｌｉｐｅｄｅ−Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｅｎｔｅｒｉｎｇ Ｄａｔａ Ｓｔｏｒａｇｅ」、Ｐ．ヴェッティガーら、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，第１巻、Ｎｏ．１という論文で確認することができる。さらに、どちらもその全体を参照によって本明細書に援用する、２００５年３月３日に公開されたフローマー（Ｆｒｏｍｍｅｒ）らへの米国特許出願公開第２００５／００４７３０７号、および２００５年３月３日に公開されたフローマーへの米国特許出願公開第２００５／００５０２５８号も参照されたい。
【００９０】
図５は、架橋剤を蒸発させるための蒸発系を図示する。系は、４２０℃まで別々に加熱できる２枚の熱伝導板２２０、２３０を含む。この板は相互に平行に配置され、たとえば、４ｃｍの距離離れている。蒸発プロセスのソース２００は底板２２０に固定される。ここで架橋剤、たとえば架橋剤１，３，５−トリス（４−（フェニルエチニル）フェニル）ベンゼン（構造ＩＩ）の溶液から得られた薄膜をシリコン・ウエハ上にスピンキャストする。ソース２００と向かい合うターゲット・ウエハ２１０は底板２３０に装着される。ソース材料のターゲットへの蒸着の開始または停止を効率的に行えるシャッタ２４０が２枚の板の間に配置される。系は高真空チャンバ（図示せず）内に位置される。
【００９１】
ターゲットを室温に保つことにより蒸発プロセスの温度較正を行った。シャッタ２４０を開く前に、水または他の汚染物質といった吸収された分子を蒸発させるためソース温度を１２０℃まで上昇させた。架橋剤、特に１，３，５−トリス（４−（フェニルエチニル）フェニル）ベンゼン（構造ＩＩ）の効果的な蒸発は、１５０℃〜２００℃の温度で得られることが明らかになった。エリプソメトリにより測定したところ、蒸発から１０分後のターゲット・ウエハに蒸着した膜の平均膜厚は２３ｎｍであった。
【００９２】
第２の実験では、蒸発の全過程においてターゲットを４００℃に保った。その目的は、架橋剤がターゲットに到達し次第架橋反応を惹起することにあった。この高温のため、架橋剤の分子の一部がターゲットから再蒸発し、第１の実験と同一の蒸発条件において前の例よりも薄い膜が得られた。エリプソメトリで測定したところ、蒸発から１０分後の厚さは１．５ｎｍであった。蒸発時間３０〜７０分後には、厚さ５〜１０ｎｍの層が得られた。
【００９３】
第３の実験では、ポリマ厚さ１３４ｎｍ（エリプソメトリにより測定）の低架橋型高温のスピンキャスト膜をターゲットとした（たとえば４，４’−ジフルオロベンゾフェノン、レソルシノールおよび３，５−ビス（４−（フェニルエチニル）−フェニル）フェノールから得られるポリアリールエーテルケトン・ポリマが使用可能であり、このポリマについては米国特許出願公開第２００７／０２９６１０１号に記載されている）。架橋剤の蒸発後、エリプソメトリにより測定したところ、ターゲット全体の厚さはやはり１３４ｎｍであった。しかしながら、詳細な解析から、１，３，５−トリス（４−（フェニルエチニル）フェニル）ベンゼン（構造ＩＩ）と基板としてのポリマとの硬化混合物を含む厚さ９ｎｍ（エリプソメトリにより測定）の最上層を持つ層構造であることが明らかになった（この実験ではターゲットを４００℃に保った）。硬化混合物の存在はエリプソメトリにより証明できる。すなわち、屈折率の測定値が、純粋な硬化架橋剤と純粋な低架橋型硬化ポリマとの値の間になる。したがって、この実験から、架橋剤は自由に拡散し、ポリマと局所的に反応することができ、それにより架橋密度が増大することが示される。得られる媒体の硬度は架橋密度に相関する。
【００９４】
図６は、前記の実験により得られるデータ記憶媒体の例を示す。このデータ記憶媒体は、シリコンまたは別の材料でできている基板（１４５）と、たとえばポリアリールエーテルケトン・ポリマ層のような非架橋または微架橋の下層（１５１）（通常骨格中の架橋モノマーの割合が＜１０％）とを含む。データ記憶媒体は、高度に架橋し、硬化架橋剤（たとえば１，３，５−トリス（４−（フェニルエチニル）フェニル）ベンゼン）を含む最上層（１５２）をさらに含む。最上層の厚さは通常５〜１０ｎｍである。
【００９５】
図７および図８はそれぞれ、低架橋ポリマの表面に書き込まれたビットのアレイ（図７）、および架橋剤の層が上に蒸着した低架橋ポリマから得られた層構造に書き込まれたビットのアレイ（図８）を示す。
【００９６】
図７に示す低架橋ポリマは、前の段落に記載したポリアリールエーテルケトン・ポリマである。図７に示すビットが書き込まれた格子に使用した層構造も前の段落に記載されている。
【００９７】
ビットの格子を書き込むには、ミリピード（ｍｉｌｌｉｐｅｄｅ）を使用した。どちらの図も４つのブロックを各々異なる温度で書き込み、それぞれ下から上に１００℃、２３０℃、３６７℃および５００℃とした。各ブロック内の力は３本の線ごとに増大させる。それぞれ８５ｎＮ、１０５ｎＮ、１２５ｎＮおよび１４５ｎＮである。
【００９８】
図９は、それぞれ低架橋ポリマ（実線）の表面、および架橋剤の層が上に蒸着した低架橋ポリマから得られた層構造（破線）の表面に書き込まれた一定の深さ１ｎｍ（「１」）、２ｎｍ（「２」）、３ｎｍ（「３」）および４ｎｍ（「４」）を持つビットの温度と力の関係を示す。この実験に使用したポリマ／層構造は、前の段落に記載したポリマ／層構造と同一である。
【００９９】
硬化架橋剤の最上層を持つサンプルの曲線はより大きな力に向かって変位していることから、予想どおり硬度の増加が明確に示される。実際に、架橋面が加わるとポリマ鎖の移動度が局所的に低下する。このため、ガラス転移温度が上昇し、より硬質の材料が形成される。この方法により、拡散プロセスを通じて架橋剤の供給が行われるため、上面から硬度勾配を示す媒体が得られると予想される。蒸発時間を変更し、最終的にターゲットの温度を変更することにより、様々な拡散長を持つ媒体を得ることができる。このようにして、書き込み条件、ビットの保持性およびチップの摩耗性を最適化するため、媒体の特性を調整することができる。
【０１００】
ポリマおよび架橋剤の合成：
架橋剤は、米国特許第６，７１３，５９０号に記載される例示的な合成に従って合成することができる。また、１，３，５−トリス［４−（フェニルエチニル）フェニル］ベンゼンについては、Ｓ．Ｖ．リンデマン（Ｓ．Ｖ．Ｌｉｎｄｅｍａｎ）ら、Ｒｕｓｓｉａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ Ｃ／Ｃ ｏｆ Ｉｚｖｅｓｔｉｉａ−Ａｋａｄｅｍｉｉａ Ｎａｕｋ Ｓｅｒｉｉａ Ｋｈｉｍｉｃｈｅｓｋａｉａ １９９４、４３、１８７３またはコナー（Ｃｏｎｎｏｒ）ら、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２００４、１６、１５２５に従って合成することができる。
【０１０１】
ポリアリールエーテルケトン・ポリマは、米国特許出願公開第２００７／０２９６１０１号に記載されているように合成される。ポリイミド・オリゴマについては、国際公開第２００７／０９６３５９号に記載されているように合成される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面形状によりデータを記憶する、基板の表面にデータ記憶媒体を製造する方法であって、
（ａ）前記基板の前記表面に、少なくとも３つのアルキン基を含む架橋剤を付着するステップ、
（ｂ）前記付着した架橋剤を硬化し、それにより前記基板の前記表面に架橋ポリマ層の形態でデータ記憶媒体を得るように前記基板に改質表面を作製するステップ
を含む、方法。
【請求項２】
ステップ（ａ）は前記架橋剤を蒸発させ、前記基板の前記表面に前記架橋剤の蒸気を付着することにより行われる、
請求項１に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項３】
前記架橋剤は構造ＺＲ３またはＺ’Ｒ４あるいはその両方を持ち、
式中、
ＺおよびＺ’は芳香族または脂肪族あるいはその両方の結合部分を表し、
Ｒは相互にランダムかつ独立に、アルキン基、および置換もしくは非置換芳香族部分または前記アルキンの末端炭素原子の水素原子あるいはその両方を含む部分を表す、
請求項１または２に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項４】
前記結合部分ＺまたはＺ’は
【化１】
【化２】
またはシリコン原子を表し、
式中、＊は、ＲとＺまたはＺ’との間の結合を示し、
ＬはＯ、ＣＨ２、Ｃ（ＣＨ３）２、アリーレン部分または前記２つの芳香環の単結合を表す、
請求項３に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項５】
Ｒは相互にランダムかつ独立に、置換アルキン基、メタ−もしくはパラ−置換フェニレン部分またはフェニル基あるいはそれらの組合せを含む部分を表す、
請求項３または４に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項６】
式中、Ｒは相互にランダムかつ独立に下記式
【化３】
を表し、式中、＊は、ＲとＺまたはＺ’との間の結合を示す、
請求項５に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項７】
前記架橋剤は３００℃未満の温度で、好ましくは２５０℃未満の温度で、最も好ましくは１５０〜２００℃の間の温度で蒸発できる、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項８】
前記架橋剤は分子量が約９００ダルトン未満、好ましくは２７０〜８００ダルトンの間である、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項９】
前記基板はテンプレートであり、ステップ（ｂ）に続き以下のステップ：
（ｃ）ステップ（ｂ）で作製された前記改質表面をターゲット層の表面に接触させ、それにより前記架橋ポリマ層および前記改質表面に隣接する前記ターゲット層を持つ前記基板を含むアセンブリを得るステップ、および
（ｄ）ステップ（ｃ）で得られた前記アセンブリの環境に液体を導入することで、前記データ記憶媒体が上にある前記ターゲット層を、前記ターゲット表面に少なくとも隣接する領域に移行するステップ
を行い、
ステップ（ｃ）および（ｄ）の前記ターゲット層は前記架橋ポリマ層の支持層であり、前記支持層の表面に前記データ記憶媒体が得られる、
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項１０】
前記テンプレートの前記表面は親水性表面であり、ステップ（ｄ）で導入される前記液体は極性液体を含む、
請求項９に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項１１】
前記テンプレートの前記表面は、雲母基板、フレーム・アニール処理ガラス基板、シリコン基板上のシリコン−オキシド層および（１００）表面ペロブスカイト基板塩層のうちの１つの表面を含む、
請求項９または１０に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項１２】
ステップ（ａ）において前記架橋剤と、少なくとも２つのアルキン基を含むコモノマとの混合物が前記基板の前記表面に付着され、ステップ（ｂ）において前記付着した架橋剤および前記付着したコモノマの前記混合物は硬化され、それにより前記架橋ポリマ層を作製し、改質表面を得る、
請求項９ないし１１のいずれか１項に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項１３】
前記基板はアルキン基を含有する１種または複数種の架橋性ポリマを含む支持層であり、ステップ（ｂ）において前記付着した架橋剤および前記架橋性ポリマは硬化され、それにより架橋ポリマ層を作製して前記支持層の表面に前記データ記憶媒体を得る、
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項１４】
前記支持層は１種または複数種のポリアリールエーテルケトン・ポリマまたはポリイミド・オリゴマあるいはその両方を含み、前記１種または複数種のポリアリールエーテルケトン・ポリマまたはポリイミド・オリゴマあるいはその両方は各々少なくとも２つの末端を持ち、各末端は２つ以上のフェニルエチニル部分を持つ、請求項１３に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項１５】
ステップ（ｂ）は３３０℃〜４５０℃、好ましくは３５０℃〜４５０℃、最も好ましくは４００℃〜４５０℃の間の温度で行われる、
請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項１６】
前記データ記憶媒体の厚さは少なくとも５ｎｍである、
請求項１ないし１５のいずれか１項に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項１７】
ステップ（ａ）はプラズマ蒸着により行われる、
請求項１ないし１６のいずれか１項に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項１８】
請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の方法により得られる、表面形状によりデータを記憶するデータ記憶媒体。
【請求項１９】
請求項１８に記載の、表面形状に特徴よりデータを記憶するデータ記憶媒体と、前記データ記憶媒体に記憶される前記データの書き込みまたは読み取りあるいはその両方を行うための少なくとも１つのプローブと
を含む、データ記憶装置。
【請求項１】
表面形状によりデータを記憶する、基板の表面にデータ記憶媒体を製造する方法であって、
（ａ）前記基板の前記表面に、少なくとも３つのアルキン基を含む架橋剤を付着するステップ、
（ｂ）前記付着した架橋剤を硬化し、それにより前記基板の前記表面に架橋ポリマ層の形態でデータ記憶媒体を得るように前記基板に改質表面を作製するステップ
を含む、方法。
【請求項２】
ステップ（ａ）は前記架橋剤を蒸発させ、前記基板の前記表面に前記架橋剤の蒸気を付着することにより行われる、
請求項１に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項３】
前記架橋剤は構造ＺＲ３またはＺ’Ｒ４あるいはその両方を持ち、
式中、
ＺおよびＺ’は芳香族または脂肪族あるいはその両方の結合部分を表し、
Ｒは相互にランダムかつ独立に、アルキン基、および置換もしくは非置換芳香族部分または前記アルキンの末端炭素原子の水素原子あるいはその両方を含む部分を表す、
請求項１または２に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項４】
前記結合部分ＺまたはＺ’は
【化１】
【化２】
またはシリコン原子を表し、
式中、＊は、ＲとＺまたはＺ’との間の結合を示し、
ＬはＯ、ＣＨ２、Ｃ（ＣＨ３）２、アリーレン部分または前記２つの芳香環の単結合を表す、
請求項３に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項５】
Ｒは相互にランダムかつ独立に、置換アルキン基、メタ−もしくはパラ−置換フェニレン部分またはフェニル基あるいはそれらの組合せを含む部分を表す、
請求項３または４に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項６】
式中、Ｒは相互にランダムかつ独立に下記式
【化３】
を表し、式中、＊は、ＲとＺまたはＺ’との間の結合を示す、
請求項５に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項７】
前記架橋剤は３００℃未満の温度で、好ましくは２５０℃未満の温度で、最も好ましくは１５０〜２００℃の間の温度で蒸発できる、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項８】
前記架橋剤は分子量が約９００ダルトン未満、好ましくは２７０〜８００ダルトンの間である、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項９】
前記基板はテンプレートであり、ステップ（ｂ）に続き以下のステップ：
（ｃ）ステップ（ｂ）で作製された前記改質表面をターゲット層の表面に接触させ、それにより前記架橋ポリマ層および前記改質表面に隣接する前記ターゲット層を持つ前記基板を含むアセンブリを得るステップ、および
（ｄ）ステップ（ｃ）で得られた前記アセンブリの環境に液体を導入することで、前記データ記憶媒体が上にある前記ターゲット層を、前記ターゲット表面に少なくとも隣接する領域に移行するステップ
を行い、
ステップ（ｃ）および（ｄ）の前記ターゲット層は前記架橋ポリマ層の支持層であり、前記支持層の表面に前記データ記憶媒体が得られる、
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項１０】
前記テンプレートの前記表面は親水性表面であり、ステップ（ｄ）で導入される前記液体は極性液体を含む、
請求項９に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項１１】
前記テンプレートの前記表面は、雲母基板、フレーム・アニール処理ガラス基板、シリコン基板上のシリコン−オキシド層および（１００）表面ペロブスカイト基板塩層のうちの１つの表面を含む、
請求項９または１０に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項１２】
ステップ（ａ）において前記架橋剤と、少なくとも２つのアルキン基を含むコモノマとの混合物が前記基板の前記表面に付着され、ステップ（ｂ）において前記付着した架橋剤および前記付着したコモノマの前記混合物は硬化され、それにより前記架橋ポリマ層を作製し、改質表面を得る、
請求項９ないし１１のいずれか１項に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項１３】
前記基板はアルキン基を含有する１種または複数種の架橋性ポリマを含む支持層であり、ステップ（ｂ）において前記付着した架橋剤および前記架橋性ポリマは硬化され、それにより架橋ポリマ層を作製して前記支持層の表面に前記データ記憶媒体を得る、
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項１４】
前記支持層は１種または複数種のポリアリールエーテルケトン・ポリマまたはポリイミド・オリゴマあるいはその両方を含み、前記１種または複数種のポリアリールエーテルケトン・ポリマまたはポリイミド・オリゴマあるいはその両方は各々少なくとも２つの末端を持ち、各末端は２つ以上のフェニルエチニル部分を持つ、請求項１３に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項１５】
ステップ（ｂ）は３３０℃〜４５０℃、好ましくは３５０℃〜４５０℃、最も好ましくは４００℃〜４５０℃の間の温度で行われる、
請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項１６】
前記データ記憶媒体の厚さは少なくとも５ｎｍである、
請求項１ないし１５のいずれか１項に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項１７】
ステップ（ａ）はプラズマ蒸着により行われる、
請求項１ないし１６のいずれか１項に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
【請求項１８】
請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の方法により得られる、表面形状によりデータを記憶するデータ記憶媒体。
【請求項１９】
請求項１８に記載の、表面形状に特徴よりデータを記憶するデータ記憶媒体と、前記データ記憶媒体に記憶される前記データの書き込みまたは読み取りあるいはその両方を行うための少なくとも１つのプローブと
を含む、データ記憶装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２０１２−５０６５９８（Ｐ２０１２−５０６５９８Ａ）
【公表日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３２７４４（Ｐ２０１１−５３２７４４）
【出願日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５４５３６
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０４６８１４
【国際公開日】平成２２年４月２９日（２０１０．４．２９）
【出願人】（３９０００９５３１）インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション (4,084)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＳＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【公表日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５４５３６
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０４６８１４
【国際公開日】平成２２年４月２９日（２０１０．４．２９）
【出願人】（３９０００９５３１）インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション (4,084)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＳＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
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