JP2002018273A - 有機分子膜パターンの製造方法 - Google Patents

有機分子膜パターンの製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 紫外光とフォトマスクを用いた有機分子膜パ
ターンの作製には、タクトタイムが比較的長いため、製
造コストが下がらない。 【解決手段】 紫外光を遮光するパターンを有する基板
上に膜厚が3nm以下の有機分子膜を形成した後に、前
記基板を介して紫外光を照射して、有機分子膜の一部を
除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板表面に形成す
る有機分子膜パターンの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、機能性薄膜として、非常に多くの
種類が実用化されている。例えば、半導体素子、ディス
プレー、発光素子などへ適用されている。その中で、機
能性薄膜は、配線、電極、絶縁層、発光層、光学薄膜な
どの用途に広く用いられている。通常、機能性薄膜のパ
ターンニングは、フォトリソグラフィー法が用いられて
いる。フォトリソグラフィーは、サブミクロンオーダー
の高精細のパターンニングを可能とする。しかしなが
ら、フォトリソグラフィーにおいては、パターンニング
の工程数が多くなるという欠点がある。一般的、フォト
リソグラフィーは次のような工程を経てパターンニング
が行われる。まず、パターンニングを行う薄膜を基板全
面に形成する。さらに、レジストコート、露光、現像、
リンスなどを経てレジストパターンを形成する。その後
に、レジストパターンをマスクとしてエッチングを行い
不要な部分を除去して所望のパターン形状を得る。以上
で述べたように、フォトリソグラフィーは非常に多くの
工程を必要とする。
【0003】本発明者は、特願平11-262663号におい
て、基材と、該基材上にアミノ基あるいはチオール基を
有する有機化合物からなる極薄膜パターンと、該極薄膜
パターンに基づいた層パターンを有する微細構造体を提
案した。この極薄有機分子膜を利用したパターンニング
方法は、レジストコート、現像、リンスなどの工程が不
要となるため、パターンニングプロセスを簡便にする。
さらに、エッチングが不要であるため、エッチング工程
及びそれに伴う機能性薄膜へのダメージなどから開放さ
れるという利点がある。
【0004】最近、基板表面に様々な官能基を有する有
機分子を形成して、その表面特性の差を利用して選択的
に機能性薄膜を形成する技術が確立されつつある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】複数の官能基を有する
有機分子を基板上に形成する方法としては、あらかじめ
清浄にした基板表面全体に第一の有機分子膜を形成し、
所望の形状に第一の有機分子膜の一部を除去し、さら
に、除去した領域にのみ第二の有機分子膜を形成するの
が一般的である。3種類以上の官能基を有する有機分子
膜を形成する場合には、さらに所望の形状に第一あるい
は第二の有機分子膜を除去し、そこに、べつの有機分子
膜を形成する。
【0006】有機分子膜、特に極薄の自己組織化膜の一
部を除去する方法としては、様々な手法が提案されてい
る。光、電子ビーム、X線、走査型プローブ顕微鏡の導
電性プローブによる電界印加、などによりパターンニン
グが実証されている。中でも紫外光によるパターンニン
グは、フォトマスクを用いることができるため、一括で
処理が可能であることから実用上好ましい。フォトマス
クのパターンサイズをミクロンオーダーとすれば、その
パターンサイズの有機分子膜のパターンが得られること
から、微細化したパターンを比較的簡便に得ることが可
能となる。
【0007】しかしながら、フォトマスクを用いた有機
分子膜のパターンニングを用いてデバイスを作製を行う
場合、基板上に既に作製されているパターンとフォトマ
スクとの位置合わせを行う必要がある。その後、フォト
マスクを介して紫外光を有機分子膜に照射する必要があ
った。有機分子膜の分解・除去には、紫外光を数十分程
度照射する必要があることが明らかになっている。フォ
トマスクと基板の精密な位置合わせが必要なプロセス
は、製造コストがかかるのにもかかわらず、処理時間が
比較的長いくなり、実用的な観点から望ましくない。
【0008】以上述べたように、紫外光とフォトマスク
を用いた有機分子膜パターンの作製には、タクトタイム
が比較的長いため、製造コストが下がらないという課題
がある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、紫外光を遮光するパターンを有する基板
表面に膜厚が3nm以下の有機分子膜を形成した後に、
前記基板を介して紫外光を照射して、有機分子膜の一部
を除去する有機分子膜パターンの製造方法であることを
特徴とする。
【0010】すなわち本発明によれば、フォトマスクを
用いなくとも、基板上に有機分子膜パターンを形成する
ことができる。前記紫外光を遮光するパターンが、金属
薄膜パターンからなる。また、前記有機分子膜は、自己
組織化膜である。特に、前記有機分子膜が、アルキル基
あるいはフルオロアルキル基を有するシラン系有機分子
の自己組織化膜である。
【0011】また、本発明は、前記紫外光の波長が、2
00nm以上、380nm以下の範囲にあることを特徴
とする。さらに、前記基板が、200nm以上、380
nm以下の範囲の紫外光に対して吸収が小さいことを特
徴とする。望ましくは、前記基板が、石英あるいはガラ
スからなる。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明に用いられる基板材料とし
ては、石英ガラス、ガラス、を用いることができる。こ
の基板上に、紫外光を遮光するパターンが形成されてい
る。さらにその基板上に、有機分子膜が形成される。た
だし、有機分子膜は紫外光を遮光するパターンの直上に
形成される必要はなく、紫外光に対して吸収がない薄膜
を形成した後に、有機分子膜を形成することも可能であ
る。
【0013】有機分子膜は基板に結合可能な官能基と、
その反対側に親液基あるいは撥液基といった基板の表面
性を改質する(表面エネルギーを制御する)官能基と、
これらの官能基を結ぶ炭素の直鎖あるいは一部分岐した
炭素鎖を備えており、基板に結合して自己組織化して分
子膜、例えば単分子膜を形成する。この有機分子膜の膜
厚は、分子鎖の長さによって決まるが、通常1nm程
度、厚くとも3nm程度であり、従来フォトリソグラフ
ィーで用いられているレジスト膜とは全く異なるオーダ
ーである。
【0014】本発明において基板表面に形成される自己
組織化膜とは、基板など下地層等構成原子と反応可能な
結合性官能基とそれ以外の直鎖分子とからなり、該直鎖
分子の相互作用により極めて高い配向性を有する化合物
を、配向させて形成された膜である。前記自己組織化膜
はフォトレジスト材等の樹脂膜とは異なり、単分子を配
向させて形成されているので、極めて膜厚を薄くするこ
とができ、しかも、分子レベルで均一な膜となる。即
ち、膜の表面に同じ分子が位置するため、膜の表面に均
一でしかも優れた撥液性や親液性などの表面特性を付与
することができ、微細なパターンニングをする際に特に
有用である。
【0015】例えば、前記化合物として、後述するフル
オロアルキルシランを用いた場合には、膜の表面にフル
オロアルキル基が位置するように各化合物が配向されて
自己組織化膜が形成されるので、膜の表面に均一な撥液
性が付与される。
【0016】自己組織化膜を形成する化合物としては、
ヘプタデカフルオロテトラヒドロデシルトリエトキシシ
ラン、ヘプタデカフルオロテトラヒドロデシルトリクロ
ロシラン、トリデカフルオロテトラヒドロオクチルトリ
クロロシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラ
ン等のフルオロアルキルシラン(以下、「FAS」とい
う)を挙げることができる。使用に際しては、一つの化
合物を単独で用いるのも好ましいが、2種以上の化合物
を組み合わせて使用しても、本発明の所期の目的を損な
わなければ制限されない。また、本発明においては、前
記化合物として、前記FASを用いるのが、基板との密
着性を付与する上で好ましい。FASが存在する部分が
撥液部となる。また、FAS以外の材料では、アルキル
基を有するアルキルシランも使用できる。フルオロアル
キル基に比べて、アルキル基は撥水、撥インク特性は若
干劣るものの、パターンニングプロセスには充分使用可
能である。
【0017】また、FAS以外の各種の官能基を有する
有機分子膜についてもこのようなパターンニング技術は
有効であることは言うまでもない。
【0018】なお、自己組織化膜は、例えば、‘An Int
roduction to ULTRATHIN ORGANIC FILMS: Ulman, ACADE
MIC PRESS’に詳しく開示されている。
【0019】以下、本発明の微細構造体の製造方法を図
面を参照して説明する。有機分子膜パターンを得るため
に、図1〜4に示すように、紫外光を遮光するパターン
12を有する基板11表面に自己組織化膜13を基板前
面に形成し、遮光パターン12を利用して所定の有機分
子膜パターンの形成行われる。
【0020】まず、図1に示すように、基板11表面に
紫外光を遮光するパターン12を形成する。形成方法と
しては、フォトリソグラフィー法により可能であるが、
その他の形成方法でも有効であることは言うまでもな
い。遮光パターン12の材料としては、金属膜であれば
紫外光が充分に吸収されるため使用可能である。自己組
織化膜13は、既述の原料化合物と、遮光パターン12
が形成された基板とを同一の密閉容器中に入れておき、
室温の場合は数日程度の間放置すると基板上に形成され
る。また、密閉容器全体を100℃程度に保持すること
により、3時間程度で基板上に形成される。以上のプロ
セスにより、基板上の全面に自己組織化膜13が形成さ
れる(図2)。
【0021】次いで、図3に示すように、基板を介して
紫外光を自己組織化膜13に照射する。基板上に形成さ
れた遮光パターン12の領域は、紫外光が透過しないた
め、遮光パターン上の自己組織化膜は分解・除去されな
い。一方、遮光パターンがない領域は、自己組織化膜1
3に紫外光が照射されるため、自己組織化膜14の一部
が除去されて、基板上に自己組織化膜が形成されている
領域と、されていない領域にパターンニングされる(図
4)。
【0022】本発明は、基板を介して紫外光を照射する
ため、用いる紫外光の波長域にて基板での吸収がない、
あるいは少ないことが望ましい。この目的に適する基板
としては、石英あるいはガラスなどが使用可能である。
これらの材料では、200nm以上の波長域ではほとん
ど吸収がないことが知られている。しかしながら、20
0nm以下の波長域では、紫外光の多くが吸収されてし
まうため、本発明の紫外光としては用いることができな
い。また、380nmより大きな波長の紫外光では、光
の持つエネルギーが小さくなるため、自己組織化膜の分
解・除去に用いるのは望ましくない。従って、200n
m以上、380nm以下の波長域の紫外光を用いるのが
望ましい。この波長域の紫外光の光源としては、水銀ラ
ンプ、メタルハライドランプ、222nm、308nm
のエキシマ光源や、KrFエキシマ光源などが挙げられ
る。これらの光源を用いることにより、実用的な照射時
間で有機分子膜のパターンニングが可能となる。
【0023】尚、本発明は、上述の実施形態に制限され
るものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々
変更可能である。
【0024】
【実施例】以下、実施例を参照して本発明を具体的に説
明する。
【0025】[実施例1]パターン形成工程を以下のよう
に行った。
【0026】即ち、石英ガラス基板にCr膜の遮光パタ
ーンをフォトリソグラフィーにより形成した。ラインア
ンドスペースと呼ばれる線状のパターンに形成した。ラ
インの幅及びピッチは10mmとした。Cr膜パターン
の膜厚は100nmとした。
【0027】次いで、遮光パターンが形成された石英ガ
ラス基板上に172nmの波長の紫外光を大気中で20
分間照射して、クリーンニングを行った。引き続き、基
板上への自己組織化膜の形成を以下のように行った。
【0028】即ち、遮光パターンが形成された前記石英
ガラス基板と、FAS原料の一つであるヘプタデカフル
オロテトラヒドロデシルトリエトキシシランとを、同一
の密閉容器に入れて96時間室温で放置することによ
り、該石英ガラス基板表面にフルオロアルキル基を有す
る自己組織化膜を形成した。
【0029】そして、更に、基板を介して、308nm
の波長の紫外光を照射して、遮光パターンがない部位の
自己組織化膜のみを選択的に除去して、FASのパター
ンを形成した。用いた光源は、波長308nmのエキシ
マ光源である。基板表面上での光強度は、約5mW/c
2であった。紫外光の照射時間は、40分である。
【0030】紫外光による自己組織化膜の分解・除去を
確認するために、基板表面の水に対する接触角の測定を
行った。遮光パターン上、即ち、紫外光が照射されてい
ない領域においては、接触角の値が110度であったの
に対して、紫外光が照射された領域は接触角の値が16
度であった。この接触角の変化は、自己組織化膜の分解
・除去に起因するものである。従って、自己組織化膜が
良好にパターンニングできたと考えられる。
【0031】以上の結果から、基板を介して紫外光を照
射することにより、自己組織化膜の分解・除去が可能で
あることがわかる。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、基
板に対してフォトマスクの位置合わせをしないで、簡便
な有機分子膜のパターンニング技術を提供することがで
きる。また、紫外光による有機分子膜の分解・除去のプ
ロセスは、多数枚の基板の処理を裏面からの一括照射で
行うことができるので、比較的高速なタクトタイムを実
現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】基板上に遮光パターンが形成されている状態を
示す断面図である。
【図2】遮光パターンが形成された基板上に自己組織化
膜がパターンニングされた状態を示す断面図である。
【図3】自己組織化膜のパターンニングの工程を示す断
面図である。
【図4】基板上に有機分子膜パターンが形成されている
状態を示す断面図である。
【符号の説明】
11 基板 12 遮光パターン 13 有機分子膜 14 有機分子膜パターン

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 紫外光を遮光するパターンを有する基板
    上に、膜厚が3nm以下の有機分子膜を形成した後に、
    前記基板を介して紫外光を照射して、有機分子膜の一部
    を除去する有機分子膜パターンの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記紫外光を遮光するパターンが、金属
    薄膜パターンからなることを特徴とする請求項1に記載
    の有機分子膜パターンの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記有機分子膜が、自己組織化膜である
    ことを特徴とする請求項1に記載の有機分子膜パターン
    の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記有機分子膜が、アルキル基あるいは
    フルオロアルキル基を有する自己組織化膜であることを
    特徴とする請求項3に記載の有機分子膜パターンの製造
    方法。
  5. 【請求項5】 前記有機分子膜が、シラン系有機分子膜
    であることを特徴とする請求項3に記載の有機分子膜パ
    ターンの製造方法。
  6. 【請求項6】 前記紫外光の波長が、200nm以上、
    380nm以下の範囲にあることを特徴とする請求項1
    に記載の有機分子膜パターンの製造方法。
  7. 【請求項7】 前記基板が、200nm以上、380n
    m以下の範囲の紫外光に対して吸収が小さいことを特徴
    とする請求項1に記載の有機分子膜パターンの製造方
    法。
  8. 【請求項8】 前記基板が、石英あるいはガラスからな
    ることを特徴とする請求項7に記載の有機分子膜パター
    ンの製造方法。
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