JP3044168B2 - Method for producing thin film of organic molecule and method for producing thin film pattern - Google Patents

Method for producing thin film of organic molecule and method for producing thin film pattern

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JP3044168B2 JP6225153A JP22515394A JP3044168B2 JP 3044168 B2 JP3044168 B2 JP 3044168B2 JP 6225153 A JP6225153 A JP 6225153A JP 22515394 A JP22515394 A JP 22515394A JP 3044168 B2 JP3044168 B2 JP 3044168B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、有機分子の薄膜製造
方法および薄膜パターン製造方法、特に、構造を制御し
た高品質な薄膜を形成することによって、高性能あるい
は高機能な薄膜を得る有機分子の薄膜製造方法および薄
膜パターン製造方法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 thin film of organic molecules and a method for producing a thin film pattern, and more particularly, to a method for producing a high-performance or high-performance thin film by forming a high-quality thin film having a controlled structure. And a thin film pattern manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、有機分子から構成される薄膜を形
成する手法として、様々な薄膜製造方法が用いられてい
る。有機薄膜を形成する際に重要なポイントは、その薄
膜中で分子をある方向に揃えること(分子配向制御)、
結晶性を制御すること、結晶方位をある方向に揃えるこ
と(結晶配列制御)、凝集形態を制御し稠密でかつ均一
な連続膜とすること、所望の位置・形態にパターニング
することなどが挙げられる。配列制御を行わない場合、
分子レベルの機能の異方性が相殺されバルクレベルでは
機能が低下する。また、凝集形態として島状の不均一な
膜を例にとると、こうした形態では機能の大きな損失を
もたらす。こうした理由により、分子配向、結晶性、結
晶サイズ、結晶配列、凝集形態などの制御による薄膜の
高品質化は、個々の分子の持つミクロな物性を分子の集
合体である超薄膜に積極的に反映させた、光・電子デバ
イス用材料としての応用の観点から重要となっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, various thin film manufacturing methods have been used as a technique for forming a thin film composed of organic molecules. An important point when forming an organic thin film is to align molecules in a certain direction in the thin film (molecular orientation control),
Controlling the crystallinity, aligning the crystal orientation in a certain direction (crystal arrangement control), controlling the aggregation form to form a dense and uniform continuous film, patterning to a desired position and form, and the like. . If array control is not performed,
The function anisotropy at the molecular level is offset and the function is reduced at the bulk level. In addition, taking an island-shaped non-uniform film as an example of the aggregation form, such a form causes a large loss of function. For these reasons, quality improvement of thin films by controlling molecular orientation, crystallinity, crystal size, crystal arrangement, aggregation morphology, etc., is aggressively using the ultra-thin film, which is an aggregate of molecules, to transfer the micro physical properties of individual molecules. This is important from the viewpoint of application as a material for optical and electronic devices that reflects this.

【0003】一般的な有機分子からなる薄膜の製造法の
一つとして真空蒸着法がある。真空蒸着法は、有機分子
の存在する蒸発源を加熱し、分子を真空中に放出し、基
板に輸送することによって薄膜を形成する方法である。
輸送された分子は一定時間基板上に付着する。成長形態
により異なるが、付着した分子は基板上に滞在し、分子
同士の衝突などを繰り返しながら、核を形成する。発生
した核は飛来してくる分子を捕獲し、あるいは核同士の
融合などを伴いながら膜を形成する。上記薄膜形成プロ
セスは分子配向、結晶性、結晶配列あるいは凝集形態な
どの分子性薄膜の品質に大きく影響することから、薄膜
形成プロセス中の蒸発速度、基板温度などの膜形成条件
が調整されている(例えば「ジャーナル オブ クリス
タル グロース(L.Crystal Growth)」69巻231
頁、1984年参照)。なお、基板に対して蒸発した分
子を供給する速度(分子線強度)は、上記蒸発速度に比
例し、この蒸発速度を調整することは基板に対して照射
される分子線強度を調整することを意味する。
One of the general methods for producing a thin film composed of organic molecules is a vacuum deposition method. The vacuum evaporation method is a method in which a thin film is formed by heating an evaporation source in which organic molecules are present, releasing the molecules into a vacuum, and transporting the molecules to a substrate.
The transported molecules adhere to the substrate for a certain period of time. Depending on the growth mode, the attached molecules stay on the substrate and form nuclei while repeating collisions between the molecules. The generated nucleus captures a flying molecule or forms a film with fusion of the nuclei. Since the above-mentioned thin film formation process greatly affects the quality of a molecular thin film such as molecular orientation, crystallinity, crystal arrangement, and aggregation form, film formation conditions such as evaporation rate and substrate temperature during the thin film formation process are adjusted. (For example, “Journal of Crystal Growth” 69, 231
1984). The speed at which the evaporated molecules are supplied to the substrate (molecular beam intensity) is proportional to the evaporation speed, and adjusting this evaporation speed means adjusting the molecular beam intensity applied to the substrate. means.

【0004】一次元直鎖状分子を例にとると、大きな分
子線強度または基板温度が高温あるいはその両方で膜を
形成する場合、分子線強度と基板温度の双方によって決
まる基板表面上分子の過飽和度が大きくなり、分子軸が
基板に対してラテラル方向に配向する。また、小さな分
子線強度または基板温度が低温あるいはその両方で膜を
形成する場合、過飽和度が小さくなり、分子軸が基板に
対してノーマルに配向する。このように分子配向は、分
子線強度および基板温度により制御できる。しかしなが
ら、分子線強度や基板温度などの膜形成条件を操作する
だけでは、分子配向以外の膜の品質を決める結晶性、結
晶サイズおよび凝集形態などが同時に決定されてしま
い、膜の品質制御性に制約があった。
Taking a one-dimensional linear molecule as an example, when a film is formed with a high molecular beam intensity and / or a high substrate temperature, supersaturation of molecules on the substrate surface is determined by both the molecular beam intensity and the substrate temperature. The degree increases, and the molecular axis is oriented in the lateral direction with respect to the substrate. When a film is formed with a small molecular beam intensity and / or a low substrate temperature, the degree of supersaturation decreases and the molecular axis is normally oriented with respect to the substrate. Thus, molecular orientation can be controlled by molecular beam intensity and substrate temperature. However, by simply controlling the film forming conditions such as molecular beam intensity and substrate temperature, the crystallinity, crystal size, and aggregation morphology that determine the quality of the film other than molecular orientation are determined at the same time. There were restrictions.

【0005】フタロシアニン類やペリレン誘導体などの
2次元平面状の縮合多環芳香族を例にとると、基板温度
が高温ほど結晶性が高くなるとともに、結晶サイズが大
きくなる(例えば「シン ソリッド フィルムズ(Thin
Solid Films)」215巻213頁、1992年あるい
は「アプライド フィジックス レターズ(Appl.Phys.
Lett.)60巻3223頁、1992年参照)。しかし
ながら、基板温度などの膜形成条件の操作だけでは、膜
の品質を決める分子配向、結晶配列、凝集形態などが同
時に決定されてしまい、膜の品質制御性に制約があっ
た。典型的な例として、高温では結晶サイズが大きくな
るが、膜の稠密性が損なわれることが挙げられる。以上
のように、膜形成条件である分子線強度および基板温度
の操作だけでは、膜の品質を決定する分子配向、結晶
性、結晶配列および凝集形態などの構造因子および選択
的吸着性を個別に制御できないという問題があった。
In the case of two-dimensional planar condensed polycyclic aromatics such as phthalocyanines and perylene derivatives, the higher the substrate temperature, the higher the crystallinity and the larger the crystal size (for example, “Shin Solid Films” Thin
Solid Films), 215: 213, 1992 or Applied Physics Letters (Appl.Phys.
Lett.) 60, 3223, 1992). However, only by controlling the film forming conditions such as the substrate temperature, the molecular orientation, crystal arrangement, aggregation form, and the like that determine the quality of the film are determined at the same time, and the quality controllability of the film is limited. A typical example is that at high temperatures, the crystal size increases, but the denseness of the film is impaired. As described above, the structure factors such as molecular orientation, crystallinity, crystal arrangement, and aggregation morphology, which determine film quality, and selective adsorptivity are individually determined only by controlling the molecular beam intensity and substrate temperature, which are the film formation conditions. There was a problem that it could not be controlled.

【0006】これに対して基板の表面を加工するという
解決法がある。例えば、厳格な格子整合性が要求される
共有結合性のシリコン基板表面に存在するダングリング
ボンドを水素原子でターミネートし、その上に有機結晶
を配列成長させる試み、(例えば「アプライド フィジ
ックス レターズ(Appl.Phys.Lett.)61巻2021
頁、1992年参照)、あるいは、相互作用に周期性が
無く、面内方向における配向・配列が制御できない非晶
質基板などの表面をポリマーラビング膜で被覆し、その
上にエピタキシャル成長させる試みなどである(例えば
「アプライドフィジックス レターズ(Appl.Phys.Let
t.)」54巻2287頁、1989年あるいは「ジャー
ナル オブ ケミカル フィジックス(J.Chem.Phy
s.)」88巻6647頁、1988年参照)。しかしな
がら、こうした基板表面を加工する手法は材料の違いに
よって有効に作用しない場合があり問題となっていた。
A solution to this problem is to process the surface of the substrate. For example, a dangling bond existing on the surface of a covalent silicon substrate requiring strict lattice matching is terminated with a hydrogen atom, and an attempt is made to arrange and grow an organic crystal thereon (for example, “Applied Physics Letters (Appl. .Phys.Lett.) Vol. 61, 2021
(See p. 1992) or an attempt to cover the surface of an amorphous substrate or the like having no periodicity in the interaction and in which the orientation / arrangement in the in-plane direction cannot be controlled with a polymer rubbing film, and to epitaxially grow thereon. (For example, “Applied Physics Letters (Appl.Phys.Let)
t.) ", 54, 2287, 1989 or" Journal of Chemical Physics (J. Chem. Phy
s.), 88, 6647, 1988). However, such a method of processing the substrate surface may not work effectively due to a difference in material, which has been a problem.

【0007】一方、一般的に、分子性薄膜を構成する有
機分子は隣接する有機分子とファンデルワールス力に代
表される比較的弱い結合で結びついている。従って、基
板表面の全面に有機分子からなる分子性薄膜を真空中で
形成させた後、スピンコート法などによるレジスト膜の
塗布、露光、現像およびエッチングなどの通常の半導体
加工プロセスを用いて上記分子性薄膜パターンを与える
場合、上記多段階の半導体加工プロセスが分子性薄膜の
分子配向、結晶性、結晶配列および凝集形態などによっ
て決定される膜の品質に悪影響を及ぼすことが問題であ
った。
On the other hand, generally, the organic molecules constituting the molecular thin film are connected to adjacent organic molecules by a relatively weak bond represented by van der Waals force. Therefore, after forming a molecular thin film made of organic molecules in a vacuum on the entire surface of the substrate, applying the resist film by a spin coating method or the like, exposing, developing, etching and other ordinary semiconductor processing processes to use the molecular process. When a functional thin film pattern is provided, there has been a problem that the above-described multi-stage semiconductor processing process adversely affects the quality of the film determined by the molecular orientation, crystallinity, crystal arrangement, aggregation form, and the like of the molecular thin film.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述したような有機分
子の薄膜製造方法では、有機分子からなる薄膜を作製す
る際の作製条件を操作するだけでは、膜の品質を決定す
る分子配向、結晶性、結晶配列および凝集形態などの構
造およびパターニング加工性を個別に制御できないとい
う問題点があった。この発明は、このような問題点を解
決するためになされたもので、薄膜の品質およびパター
ニング加工性を、有機分子の付着性あるいは膜形成初期
過程における成長性の観点から、より幅広く制御できる
有機分子の薄膜製造方法および薄膜パターン製造方法を
得ることを目的とする。
In the method for producing a thin film of organic molecules as described above, the molecular orientation and crystallinity, which determine the quality of the film, are determined only by controlling the production conditions when producing a thin film composed of organic molecules. In addition, there has been a problem that the structure such as the crystal arrangement and the aggregation form and the patterning processability cannot be individually controlled. The present invention has been made in order to solve such problems, and it is possible to control the quality and patterning processability of a thin film more broadly from the viewpoint of adhesion of organic molecules or growth in an early stage of film formation. An object of the present invention is to obtain a method for producing a thin film of a molecule and a method for producing a thin film pattern.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この発明の請求項第1項
に係る発明は、真空中で蒸発させた有機分子の吸着性が
平滑な基板表面に比べ高くなるような形状の変化を伴う
加工処理を上記基板表面に施す第一の工程と、加工処理
を施した基板に真空中で有機分子を供給して上記基板表
面に薄膜を形成させる第二の工程とを含み、上記第一の
工程による加工処理によって上記第二の工程における薄
膜の形成初期段階を制御するものである。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a process which involves a change in shape such that the adsorptivity of organic molecules evaporated in vacuum is higher than that of a smooth substrate surface. A first step of performing a treatment on the substrate surface, and a second step of supplying organic molecules in a vacuum to the processed substrate to form a thin film on the substrate surface, the first step Controls the initial stage of the formation of the thin film in the second step.

【0010】この発明の請求項第2項に係る発明は、第
一の工程として、真空中で蒸発させた原子あるいは分子
を付着させることによってその蒸着物からなる粒子を基
板表面に形成し、第二の工程として、真空中で蒸発させ
た有機分子の基板に対する供給速度または基板温度ある
いはその両方を調整することによって、上記粒子を中心
に有機分子を成長させ薄膜を形成させるものである。
According to a second aspect of the present invention, as a first step, atoms or molecules evaporated in a vacuum are attached to form particles made of the deposit on the surface of the substrate. In the second step, a thin film is formed by growing organic molecules around the particles by adjusting the supply rate of the organic molecules evaporated in vacuum and / or the substrate temperature.

【0011】この発明の請求項第3項に係る発明は、第
一の工程における粒子を構成する蒸着物材料と、第二の
工程における膜を形成する有機分子とが異なるものであ
る。
In the invention according to claim 3 of the present invention, the vapor deposition material constituting the particles in the first step is different from the organic molecules forming the film in the second step.

【0012】この発明の請求項第4項に係る発明は、第
一の工程として、光または光および磁場を与え光化学反
応を施して粒子を形成する、あるいは形成させた粒子に
光または光ならびに磁場を与えて光化学反応を施すもの
である。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first step, light or light and a magnetic field are applied to give a photochemical reaction to form particles, or light, light and a magnetic field are applied to the formed particles. To give a photochemical reaction.

【0013】この発明の請求項第5項に係る発明は、第
一の工程における基板表面に粒子を形成させるため供給
する少なくとも一つの蒸発物は、ラジカル原子あるいは
ラジカル分子である。
[0013] In the invention according to claim 5 of the present invention, at least one evaporate supplied to form particles on the substrate surface in the first step is a radical atom or radical molecule.

【0014】この発明の請求項第6項に係る発明は、第
一の工程として、基板表面上に付着させたサーモトロピ
ックな液晶性を示す化合物に磁場を印加することにより
この液晶性化合物を特定方向に配向し、第二の工程とし
て、上記液晶性化合物上に有機分子からなる薄膜を形成
することにより有機分子の配向または結晶方位を所望の
方向に配向させるものである。
According to a sixth aspect of the present invention, in a first step, a liquid crystal compound is identified by applying a magnetic field to a thermotropic liquid crystal compound attached to the substrate surface. In a second step, a thin film made of organic molecules is formed on the liquid crystal compound to orient the organic molecules or crystal orientation in a desired direction.

【0015】この発明の請求項第7項に係る発明は、平
滑な基板表面上の所望の位置に形状の変化を伴う加工を
施す第一の工程と、薄膜形成初期過程における有機分子
の基板表面での付着率と有機分子の選択加工部位の付着
率の差が大きくなるように有機分子供給速度あるいは基
板温度またはその両方を調整し、上記基板上における有
機薄膜パターンの配置および形状を制御する第二の工程
とを含むものである。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a first step of performing processing with a change in shape at a desired position on a smooth substrate surface, and a step of forming a substrate surface of organic molecules in an initial step of forming a thin film. The organic molecule supply speed and / or the substrate temperature or both are adjusted so that the difference between the adhesion rate at the step and the adhesion rate of the organic molecule at the selected processing site is increased, and the arrangement and shape of the organic thin film pattern on the substrate are controlled. And two steps.

【0016】この発明の請求項第8項に係る発明は、第
一の工程として、平滑な基板表面をエッチングし凹凸部
を形成する、あるいは平滑な基板表面上に薄膜を形成し
てこの薄膜をパターニングして凹凸部を形成し、第二の
工程において、有機分子供給速度あるいは基板温度また
はその両方を調整して上記凹凸部のうち凸部の側面より
有機分子を特定方向に結晶成長させるものである。
In the invention according to claim 8 of the present invention, as a first step, a smooth substrate surface is etched to form an uneven portion, or a thin film is formed on a smooth substrate surface and this thin film is formed. Patterning to form an uneven portion, and in the second step, adjusting the organic molecule supply rate or the substrate temperature or both to grow organic molecules in a specific direction from the side surface of the convex portion of the uneven portion. is there.

【0017】この発明の請求項第9項に係る発明は、第
一の工程として、平滑な基板表面上にこの基板と異なる
材料からなる薄膜を形成し、この薄膜をパターニングし
て凸部を形成し、第二の工程において、有機分子供給速
度または基板温度あるいはその両方を調整し上記凸部側
壁に選択的に有機分子を付着させ、分子配向を制御する
ものである。
According to a ninth aspect of the present invention, as a first step, a thin film made of a material different from that of the substrate is formed on a smooth substrate surface, and the thin film is patterned to form a projection. In the second step, the organic molecule supply speed and / or the substrate temperature are adjusted to selectively attach organic molecules to the side walls of the projections, thereby controlling the molecular orientation.

【0018】この発明の請求項第10項に係る発明は、
第一の工程として、走査型トンネル顕微鏡あるいは原子
間力顕微鏡などに用いられている微細な探針により1μ
m以下のサイズのマイクロパターンを形成し、第二の工
程として、有機分子供給速度または基板温度あるいはそ
の両方を調整し特定の位置に1μm以下のサイズの微小
な有機結晶を形成するものである。
According to a tenth aspect of the present invention,
As a first step, 1 μm is measured by a fine probe used in a scanning tunnel microscope or an atomic force microscope.
In the second step, a micropattern having a size of 1 μm or less is formed at a specific position by adjusting the organic molecule supply rate and / or the substrate temperature.

【0019】[0019]

【作用】この発明の請求項第1項においては、膜成長初
期過程における吸着特性を利用することにより、従来に
ない膜構造制御あるいは膜の高品質化が可能となる。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to control the film structure or to improve the quality of the film, which has not been achieved conventionally, by utilizing the adsorption characteristics in the initial stage of film growth.

【0020】この発明の請求項第2項においては、基板
表面上に密度が調整された原子、イオンあるいは分子か
らなる粒子を予め存在させることにより、結晶サイズ、
膜の凝集形態などが制御でき膜構造制御あるいは膜の高
品質化が可能となる。
According to the second aspect of the present invention, the crystal size, the size of atoms, the ions or the molecules of which are adjusted in advance on the substrate surface,
The form of aggregation of the film can be controlled, and the film structure can be controlled or the quality of the film can be improved.

【0021】この発明の請求項第3項においては、基板
表面上に密度が調整された原子、イオンあるいは薄膜構
成分子と異なる分子からなる粒子を予め存在させること
により、薄膜構成分子からなる核形成を抑えながら、結
晶サイズ、膜の凝集形態などが制御でき、より広範な条
件下で高品質な薄膜が得られる。
According to a third aspect of the present invention, a nucleus formed of thin-film constituent molecules is formed by pre-existing atoms, ions or particles of different molecules from thin-film constituent molecules on the substrate surface. The crystal size, the cohesive form of the film, and the like can be controlled while suppressing the fluctuation, and a high-quality thin film can be obtained under a wider range of conditions.

【0022】この発明の請求項第4項においては、基板
表面上に密度が調整された同一分子からなる安定な粒子
を予め存在させることにより、薄膜構成分子からなる核
形成を抑えながら、結晶サイズ、膜の凝集形態などが制
御でき高品質な薄膜が得られる。
According to a fourth aspect of the present invention, by pre-existing stable particles of the same molecule whose density has been adjusted on the surface of the substrate, the crystal size can be reduced while suppressing the nucleation of the thin film constituent molecules. Thus, a high-quality thin film can be obtained by controlling the form of aggregation of the film.

【0023】この発明の請求項第5項においては、基板
表面上に密度が調整された安定な粒子を予め存在させる
ことにより、薄膜構成分子からなる核形成を抑えなが
ら、結晶サイズ、膜の凝集形態などが制御でき高品質な
薄膜が得られる。
According to a fifth aspect of the present invention, the crystal size and the cohesion of the film are suppressed by suppressing the nucleation of the thin film constituent molecules by pre-existing stable particles having a controlled density on the substrate surface. The morphology can be controlled and a high-quality thin film can be obtained.

【0024】この発明の請求項第6項においては、与え
る磁場により配向方向が制御された有機化合物からなる
高機能薄膜が得られる。
According to the sixth aspect of the present invention, a high-performance thin film made of an organic compound whose orientation is controlled by the applied magnetic field can be obtained.

【0025】この発明の請求項第7項においては、選択
加工部位の付着力の違いにより、結晶配列あるいは分子
配向あるいは基板表面上のパターンの形状と配置が制御
できる。
According to the seventh aspect of the present invention, the crystal arrangement or molecular orientation or the shape and arrangement of the pattern on the substrate surface can be controlled by the difference in the adhesive force between the selective processing portions.

【0026】この発明の請求項第8項においては、凹凸
部の構成により、所望の方向に結晶成長した薄膜パター
ンが直接得られる。
According to the eighth aspect of the present invention, a thin film pattern having a crystal grown in a desired direction can be directly obtained by the configuration of the uneven portion.

【0027】この発明の請求項第9項においては、従来
法では得られない分子配向あるいは結晶配列が得られ
る。
According to the ninth aspect of the present invention, a molecular orientation or crystal arrangement which cannot be obtained by the conventional method can be obtained.

【0028】この発明の請求項第10項においては、微
細な薄膜パターンを所望の位置に配することができ、か
つパターン中の分子配向あるいは結晶形状を制御するこ
とができる。
According to the tenth aspect of the present invention, a fine thin film pattern can be arranged at a desired position, and the molecular orientation or the crystal shape in the pattern can be controlled.

【0029】[0029]

【実施例】通常、基板上の欠陥やステップなどが核の源
として作用すると考えられているが、これらは制御され
たものではない。これ以外に、基板表面上で拡散運動を
展開している分子同士が衝突して結合し、他の分子を捕
捉することにより形成される核の成長様式は、分子線強
度および基板温度である程度制御できるが、膜成長中の
条件が一定である場合制御性が劣る。ところが、この発
明によれば、膜成長初期過程における吸着特性を利用す
ることにより従来にない膜構造制御あるいは膜の高品質
化が可能となった。以下、この発明を実施例に基づいて
詳細に説明するが、この発明はこれらの実施例のみに限
定されるものではない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS It is generally believed that defects or steps on a substrate act as sources of nuclei, but these are not controlled. In addition, the mode of growth of nuclei formed by collision of molecules developing diffusion motion on the substrate surface and capture of other molecules is controlled to some extent by molecular beam intensity and substrate temperature. Although controllability is poor when conditions during film growth are constant. However, according to the present invention, it is possible to control the film structure or improve the quality of the film by using the adsorption characteristics in the initial stage of film growth. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to only these examples.

【0030】実施例1.この発明では、平滑な基板表面
に形状の変化を伴う加工処理を施す第一の工程および、
次いで加工処理基板に有機分子薄膜を形成させる第二の
工程を組み合わせて薄膜を製造する。基板としては、特
に制限はない。第一の工程における加工処理は、平滑な
基板表面上に第二の工程において有機薄膜の形成を制御
できる基板表面形状の変化を与えるものであれば、どの
ようなものでも構わない。形状変化は、例えば図1に示
すように、粒子状のもの(粒子2)であっても、図2に
示すような矩形状のパターン(凹パターン3、凸パター
ン4)であっても良く、そのサイズは分子サイズレベル
からμmオーダーの範囲で適用可能である。
Embodiment 1 In the present invention, the first step of performing a processing with a change in shape on a smooth substrate surface, and
Next, a thin film is manufactured by combining the second step of forming the organic molecular thin film on the processed substrate. The substrate is not particularly limited. The processing in the first step may be any processing as long as it gives a change in the substrate surface shape that can control the formation of the organic thin film in the second step on a smooth substrate surface. The shape change may be, for example, a particle shape (particle 2) as shown in FIG. 1 or a rectangular pattern (concave pattern 3, convex pattern 4) as shown in FIG. The size can be applied in the range from the molecular size level to the order of μm.

【0031】第二の工程における有機薄膜の作製方法と
しては、真空蒸着法、分子線蒸着法、分子線エピタキシ
ャル成長法、クラスターイオンビーム法、CVD法、プ
ラズマCVD法、プラズマ蒸着法、イオンプレーティン
グ法などの真空プロセスが使用可能である。これらの中
でも、分子の配向性、結晶の配列性など膜質の観点か
ら、真空蒸着法、分子線蒸着法、分子線エピタキシャル
成長法が好ましい。
The method for producing the organic thin film in the second step includes vacuum deposition, molecular beam deposition, molecular beam epitaxial growth, cluster ion beam, CVD, plasma CVD, plasma deposition, and ion plating. Vacuum processes such as can be used. Among these, vacuum evaporation, molecular beam evaporation, and molecular beam epitaxial growth are preferred from the viewpoint of film quality such as molecular orientation and crystal alignment.

【0032】また、例えば第一の工程において基板表面
に粒子を与える場合、第二の工程が同一の真空装置で引
き続き行えるという観点から、第一の工程は第二の工程
と同様な方法が好ましく、中でも真空蒸着法、分子線蒸
着法、分子線エピタキシャル成長法などが適当である。
真空蒸着法、分子線蒸着法、分子線エピタキシャル成長
法の場合、分子線強度、基板の温度、堆積時間などを制
御することによって、有機膜を形成しようとする基板上
すべてに均一に粒子を形成する。ここで、分子線強度
は、分子線モニターなどによって監視・制御するが、堆
積速度を例えば水晶振動子上に付着する膜による周波数
変化から読みとる方式を用いて監視・制御しても良い。
なお、分子線強度は、真空度、るつぼ形状ならびにるつ
ぼ温度によって制御することができる。
In addition, for example, when particles are applied to the substrate surface in the first step, the first step is preferably performed in the same manner as the second step, from the viewpoint that the second step can be continued with the same vacuum apparatus. Among them, a vacuum evaporation method, a molecular beam evaporation method, a molecular beam epitaxial growth method and the like are suitable.
In the case of vacuum deposition, molecular beam deposition, or molecular beam epitaxial growth, particles are uniformly formed on the substrate on which an organic film is to be formed by controlling the molecular beam intensity, substrate temperature, and deposition time. . Here, the molecular beam intensity is monitored and controlled by a molecular beam monitor or the like. However, the deposition rate may be monitored and controlled by using a method in which the deposition rate is read from, for example, a frequency change due to a film attached on the quartz oscillator.
The molecular beam intensity can be controlled by the degree of vacuum, the crucible shape, and the crucible temperature.

【0033】一方、例えば基板表面に矩形のパターンを
与える場合は、第一の工程において所望の位置に凹凸の
パターン(凹凸部)を形成させる。凹凸パターン形成法
としては、特に制限はなく、真空プロセスに限らずいか
なる手法でも適用できる。以上の例にあるように、第一
の工程において粒子あるいは凹凸のパターンを表面に与
えるなどして加工処理した基板を真空チャンバー内に設
置し、第二の工程において真空中で蒸発させた有機分子
を上記基板に照射して薄膜を形成する。この時、薄膜の
作製条件としては特に制限はないが、真空度は10-2
a以上が好ましい。基板表面上に形成した粒子あるいは
凹凸パターンは、薄膜を形成する有機分子を真空中で蒸
発させ基板上に到達したときに作用する。
On the other hand, for example, when a rectangular pattern is provided on the substrate surface, an uneven pattern (an uneven portion) is formed at a desired position in the first step. The method for forming the concavo-convex pattern is not particularly limited, and is not limited to a vacuum process, and may be any method. As in the above example, the substrate processed in the first step by giving a pattern of particles or irregularities to the surface is placed in a vacuum chamber, and the organic molecules evaporated in a vacuum in the second step Is irradiated on the substrate to form a thin film. At this time, the conditions for forming the thin film are not particularly limited, but the degree of vacuum is 10 −2 P
a or more is preferable. The particles or the concavo-convex pattern formed on the substrate surface act when the organic molecules forming the thin film are evaporated in a vacuum and reach the substrate.

【0034】すなわち、図3および図4の模式図に示す
ように、第二の工程で膜形成条件である基板温度および
分子線強度を調整することにより、基板表面に供給する
有機分子を選択的に、上記形状変化部位で捕獲し、有機
薄膜の成長初期段階を制御する。基板表面上の吸着およ
び吸着した分子同士が集まり固定される過程を膜形成の
初期段階と定義すると、基板温度、分子線強度などの従
来の膜成長条件だけでは成長初期過程の制御性に劣るの
に対して、この発明では表面に導入した粒子2あるいは
凹凸パターン(図4では凸パターン3)などによって制
御性を向上させることができる。
That is, as shown in the schematic diagrams of FIGS. 3 and 4, by adjusting the substrate temperature and the molecular beam intensity which are the film forming conditions in the second step, the organic molecules to be supplied to the substrate surface can be selectively formed. Then, an initial stage of the growth of the organic thin film is controlled by capturing at the shape change site. If the process of adsorbing and adsorbed molecules on the substrate surface is defined as the initial stage of film formation, conventional film growth conditions, such as substrate temperature and molecular beam intensity, alone will result in poor control of the initial growth process. On the other hand, in the present invention, the controllability can be improved by the particles 2 introduced into the surface or the uneven pattern (the convex pattern 3 in FIG. 4).

【0035】この発明において、適用できる有機分子薄
膜材料として特に制限はなく、あらゆる有機分子化合物
に適用できるが、真空中での加熱により分解せず、蒸発
できる有機分子であることが望ましい。例えば、ポルフ
ィリン、金属ポルフィリン、フタロシアニン、金属フタ
ロシアニン、メロシアニン、ペリレン、ナフタレン、フ
ェナントレン、ペンタセン、テトラセン、クリセン、コ
ロネン、ピレンおよび他の縮合多環芳香族化合物および
これら誘導体、あるいはクマリン、ペリノン、チアジア
ゾールピリジン、ヒドラジン、オキサジアゾール、ピラ
ゾリン、チアジアゾピリジン、ペンタフェニルシクロペ
ンタジイン、ローダミン色素やフルオレセイン色素など
のキサンテン色素、アクリジン色素、オキサジン色素、
ピリリウム色素、オキソベンズアントラセン色素などの
化合物およびその誘導体、あるいはテトラチアフルバレ
ン(TTF)、テトラシアノキノジメタン(TCN
Q)、TTF−TCNQ錯体で代表される電荷移動錯
体、ジアセチレンおよびその誘導体などが挙げられる。
また、アセチレン、ピロール、チオフェン、フェニレ
ン、フラン、セレノフェン、ベンゾチオフェン、ベンソ
フラン、インドール、ピリダジン、フェニレンビニレ
ン、チエニレンビニレン、イソチアナフテン、アニリ
ン、アズレン、カルバゾールなどから構成される繰り返
し単位数が3以上のオリゴマーあるいは2種以上の単位
分子で構成される共重合体などが挙げられる。
In the present invention, the organic molecular thin film material applicable is not particularly limited, and can be applied to any organic molecular compound. However, it is preferable that the organic molecular thin film material be an organic molecule which does not decompose by heating in vacuum and can be evaporated. For example, porphyrin, metal porphyrin, phthalocyanine, metal phthalocyanine, merocyanine, perylene, naphthalene, phenanthrene, pentacene, tetracene, chrysene, coronene, pyrene and other fused polycyclic aromatic compounds and derivatives thereof, or coumarin, perinone, thiadiazole pyridine, Hydrazine, oxadiazole, pyrazoline, thiadiazopyridine, pentaphenylcyclopentadiyne, xanthene dyes such as rhodamine dyes and fluorescein dyes, acridine dyes, oxazine dyes,
Compounds such as pyrylium dyes and oxobenzanthracene dyes and derivatives thereof, or tetrathiafulvalene (TTF), tetracyanoquinodimethane (TCN)
Q), a charge transfer complex represented by a TTF-TCNQ complex, diacetylene and derivatives thereof.
Further, the number of repeating units composed of acetylene, pyrrole, thiophene, phenylene, furan, selenophene, benzothiophene, bensofuran, indole, pyridazine, phenylenevinylene, thienylenevinylene, isothianaphthene, aniline, azulene, carbazole, or the like is 3 or more. Or a copolymer composed of two or more kinds of unit molecules.

【0036】実施例2.図1に示すように、まず、第一
の工程により真空中で金属、有機金属、半導体、イオン
結晶、セラミックス、有機分子などを蒸発させて清浄か
つ平滑な基板1上にこれら粒子2を付着させる。第二の
工程によって微結晶からなる有機薄膜を形成する場合、
第一の工程において基板温度を低くあるいは有機分子供
給速度を高くあるいはその両方に設定して、上記粒子を
例えば基板表面に存在する粒子密度が例えば50μm-2
程度になるよう多量にかつ均一に散在させる。
Embodiment 2 FIG. As shown in FIG. 1, first, in a first step, metals, organic metals, semiconductors, ionic crystals, ceramics, organic molecules, and the like are evaporated in a vacuum to deposit these particles 2 on a clean and smooth substrate 1. . When forming an organic thin film composed of microcrystals by the second step,
In the first step, the substrate temperature is set to be low and / or the organic molecule supply rate is set to be high, or both, so that the particles have a density of, for example, 50 μm −2 existing on the substrate surface.
A large amount and evenly scattered so that

【0037】第二の工程によって大きな単結晶からなる
有機薄膜を形成する場合、第一の工程において基板温度
を高くあるいは有機分子供給速度を低くあるいはその両
方に設定して、上記粒子を例えば基板表面の粒子密度が
例えば1μm-2程度になるよう少量散在させる。上述し
たように、粒子の基板表面上に存在させる密度は基板
種、真空度、基板温度あるいは有機分子供給速度などの
作製条件により必要に応じて調整しなければならない。
第一の工程で得られた粒子は、原子、イオンあるいは分
子が凝集したもので、大きさに特に制限はないが、直径
が1〜500nmのものが使用可能で、粒子を基板表面
上に多量に均一に形成させる場合は、例えば直径1〜1
0nmとサイズを小さくする。
In the case where an organic thin film made of a large single crystal is formed in the second step, the temperature of the substrate and / or the supply rate of the organic molecules is set to be low in the first step, or both, and the particles are treated, for example, on the surface of the substrate. Are dispersed in small amounts so that the particle density of the particles becomes, for example, about 1 μm −2 . As described above, the density of the particles present on the substrate surface must be adjusted as necessary according to the production conditions such as the substrate type, the degree of vacuum, the substrate temperature, and the organic molecule supply rate.
The particles obtained in the first step are those in which atoms, ions or molecules are aggregated, and there is no particular limitation on the size, but those having a diameter of 1 to 500 nm can be used, and a large amount of particles are deposited on the substrate surface. For example, if the diameter is 1 to 1
Reduce the size to 0 nm.

【0038】ここで、第一の工程で形成する粒子の作製
法の一例として真空蒸着法を示したが、粒子を形成する
材料の作製法は真空プロセスであればいずれの手法でも
適用でき、例えば分子線蒸着法、分子線エピタキシャル
成長法、クラスターイオンビーム法、CVD法、プラズ
マCVD法、プラズマ蒸着法、イオンプレーティング法
などが使用可能である。基板としては平滑であればどの
ようなものでも良く、サファイア結晶、石英、ガラス、
アルカリハライド結晶、シリコン、ゲルマニウム、Ga
Asなどの化合物半導体、各種プラスチック、分子性結
晶などの基板が適用できる。さらには、基板上に膜を被
覆したもの、あるいは処理を施したものでも良い。
Here, the vacuum deposition method has been described as an example of the method for producing the particles formed in the first step. However, the method for producing the material for forming the particles can be applied by any method as long as it is a vacuum process. Molecular beam deposition, molecular beam epitaxial growth, cluster ion beam, CVD, plasma CVD, plasma deposition, ion plating, and the like can be used. Any substrate may be used as long as it is smooth, such as sapphire crystal, quartz, glass,
Alkali halide crystal, silicon, germanium, Ga
Substrates such as compound semiconductors such as As, various plastics, and molecular crystals can be applied. Further, a substrate coated with a film or processed may be used.

【0039】次に、図3に示すように、第二の工程とし
て、第一の工程によって予め形成した粒子2の存在する
基板1の表面に、真空中で有機分子を蒸発させて付着さ
せる。この時、膜を形成する有機分子が少なくとも粒子
2上と粒子が存在しない基板1表面上とで付着する速度
が変わるよう膜形成条件を設定する必要がある。例えば
簡単には、分子線強度を強くするあるいは基板温度を高
くするあるいはその両方を行うなどが挙げられる。な
お、第二の工程において基板1の温度を高くする場合、
第一の工程で形成した粒子2が基板1表面から脱離する
ことのないよう、粒子2が基板1表面に存在する温度領
域内に設定する必要がある。このようにして、第二の工
程で有機分子膜を形成することによって、第一の工程で
形成した粒子2の種類と密度によってその結晶サイズお
よび凝集体サイズを制御する。第一の工程で基板1表面
に形成した粒子2が第二の工程でどのように作用するか
は必ずしも明確ではないが、有機分子が膜として成長す
るときの核あるいは核の源として作用し、粒子2の存在
する点から膜の成長が進行する。
Next, as shown in FIG. 3, as a second step, organic molecules are evaporated and attached in vacuum to the surface of the substrate 1 on which the particles 2 formed in advance in the first step are present. At this time, it is necessary to set the film forming conditions so that the speed at which the organic molecules forming the film adhere at least on the particles 2 and on the surface of the substrate 1 where no particles are present changes. For example, it is easy to increase the molecular beam intensity, increase the substrate temperature, or perform both. In the case where the temperature of the substrate 1 is increased in the second step,
It is necessary to set the temperature within a temperature range where the particles 2 exist on the surface of the substrate 1 so that the particles 2 formed in the first step do not detach from the surface of the substrate 1. Thus, by forming the organic molecular film in the second step, the crystal size and the aggregate size are controlled by the type and density of the particles 2 formed in the first step. Although it is not always clear how the particles 2 formed on the surface of the substrate 1 in the first step act in the second step, they act as nuclei or organic nuclei when organic molecules grow as a film, The film growth proceeds from the point where the particles 2 are present.

【0040】図5に模式的に示すように、結晶性が高く
通常の真空蒸着法では特異な結晶形態をとる結果不均質
ないし不連続な有機分子薄膜6を与える有機化合物の場
合、この発明によれば、第一の工程で予め基板1表面に
高い密度の粒子を存在させることにより、図6に模式的
に示すように、極めて微細な結晶あるいはアモルファス
からなる均質ないし連続な有機分子薄膜7を与えること
ができる。これとは反対に、図5に模式的に示すよう
に、結晶性が高くある大きさの多結晶の集合体となる結
果不均質ないし不連続の有機分子薄膜6を与える有機化
合物の場合、この発明によれば、第一の工程で予め基板
表面に低い密度の粒子を存在させることにより、図7に
示すように、大きな単結晶から構成される有機分子薄膜
8を与えることができる。
As schematically shown in FIG. 5, in the case of an organic compound having high crystallinity and giving a heterogeneous or discontinuous organic molecular thin film 6 as a result of taking a unique crystal form in a normal vacuum deposition method, the present invention According to the first step, a high-density particle is present on the surface of the substrate 1 in advance in the first step to form a uniform or continuous organic molecular thin film 7 made of extremely fine crystals or amorphous as schematically shown in FIG. Can be given. On the contrary, as schematically shown in FIG. 5, in the case of an organic compound which gives a heterogeneous or discontinuous organic molecular thin film 6 as a result of forming a polycrystalline aggregate having a high crystallinity and a certain size, According to the invention, as shown in FIG. 7, an organic molecular thin film 8 composed of a large single crystal can be provided by pre-existing low density particles on the substrate surface in the first step.

【0041】実施例3.ここでは、実施例2に関するよ
り具体的な例を示す。第一の工程として、真空度が10
-5Paの真空中で、クヌーセンセル(Kセル)内に収容
した次の化学構造式1に示すビフェニルジチオールを加
熱することにより蒸発させアルカリハライドの一種であ
るKCl基板の(001)表面にビフェニルジチオール
分子で構成される粒子を付着させた。
Embodiment 3 FIG. Here, a more specific example regarding the second embodiment will be described. In the first step, the degree of vacuum is 10
In a vacuum of -5 Pa, biphenyldithiol represented by the following chemical structural formula 1 contained in a Knudsen cell (K cell) is heated and evaporated to form biphenyl dithiol on the (001) surface of a KCl substrate which is a kind of alkali halide. Particles composed of dithiol molecules were deposited.

【0042】[0042]

【化1】 Embedded image

【0043】このとき、基板温度は−160℃に設定し
た。また、上記粒子の密度は、堆積速度およびシャッタ
ー開閉により調整し、供給量の目安を水晶振動子からな
る膜厚センサーでモニターした。堆積速度は、0.1n
m/min(分)とした。第一の工程は、表示膜厚が2
nmで終了した。引き続き、第二の工程として、第一の
工程と同様のビフェニルジチオールの粉末をKセルにて
加熱して蒸発させ、基板表面に付着させた。この時の基
板温度は25℃、堆積速度は3nm/minとした。最
終的な膜厚は、100nmとした。第一の工程を経由し
ない場合、例えば2〜10μm径の不均質な結晶からな
る膜となった。これに対して、第一の工程を経由した場
合、500nm径以下の極めて微細な結晶からなる均質
な薄膜を得ることができた。
At this time, the substrate temperature was set at -160.degree. The density of the particles was adjusted by the deposition rate and the opening and closing of the shutter, and the target of the supply amount was monitored by a film thickness sensor composed of a quartz oscillator. The deposition rate is 0.1n
m / min (min). In the first step, the display film thickness is 2
nm. Subsequently, as a second step, the same biphenyldithiol powder as in the first step was heated and evaporated in a K cell, and adhered to the substrate surface. At this time, the substrate temperature was 25 ° C., and the deposition rate was 3 nm / min. The final film thickness was 100 nm. When the film did not go through the first step, the film was formed of a heterogeneous crystal having a diameter of, for example, 2 to 10 μm. On the other hand, in the case of passing through the first step, a homogeneous thin film composed of extremely fine crystals having a diameter of 500 nm or less could be obtained.

【0044】実施例4.まず、第一の工程として、真空
中で、金属、有機金属、半導体、イオン結晶、セラミッ
クス、あるいは第二の工程で用いる有機分子と異なる有
機分子などを蒸発させて清浄かつ平滑な基板上にこれら
の粒子を付着させる。微結晶からなる有機薄膜を形成す
る場合、基板温度を低く、有機分子供給速度を高く設定
して上記粒子を多量にかつ均一に散在させる。大きな単
結晶からなる有機薄膜を形成する場合、基板温度を高
く、有機分子供給速度を低く設定して上記粒子を少量散
在させる。粒子の密度及びサイズは実施例2で示したの
と同様である。この時、基板種、真空度、基板温度およ
び有機分子供給速度などの作製条件によって、必要に応
じて粒子の基板表面上での密度を制御することが好まし
い。
Embodiment 4 FIG. First, as a first step, metals, organometallics, semiconductors, ionic crystals, ceramics, or organic molecules different from the organic molecules used in the second step are evaporated in a vacuum to form these on a clean and smooth substrate. Particles. In the case of forming an organic thin film composed of microcrystals, the substrate temperature is set low and the organic molecule supply rate is set high so that the particles are dispersed in a large amount and uniformly. In the case of forming an organic thin film made of a large single crystal, the substrate temperature is set high and the organic molecule supply rate is set low to disperse a small amount of the particles. The density and size of the particles are the same as described in Example 2. At this time, it is preferable to control the density of the particles on the substrate surface as necessary according to the production conditions such as the substrate type, the degree of vacuum, the substrate temperature, and the organic molecule supply rate.

【0045】ここで、第一の工程で形成する粒子の作製
法の一例として真空蒸着法を示したが、粒子を形成する
材料の作製法はいずれの手法でも構わず、例えば分子線
蒸着法、クラスターイオンビーム法、CVD法、プラズ
マCVD法、プラズマ蒸着法、イオンプレーティング法
などが使用可能である。基板としては清浄かつ平滑であ
ればどのようなものでも良く、サファイア結晶、石英、
ガラス、アルカリハライド結晶、シリコン、ゲルマニウ
ム、GaAsなどの化合物半導体、各種プラスチックな
どの基板が適用できる。さらには、基板上に膜を被覆し
たものあるいは処理を施したものでも良い。
Here, the vacuum deposition method has been described as an example of the method for producing the particles formed in the first step, but any method may be used for producing the material for forming the particles. A cluster ion beam method, a CVD method, a plasma CVD method, a plasma deposition method, an ion plating method, or the like can be used. Any substrate can be used as long as it is clean and smooth, such as sapphire crystal, quartz,
Substrates such as glass, alkali halide crystals, compound semiconductors such as silicon, germanium, and GaAs, and various plastics can be used. Further, a substrate coated with a film or processed may be used.

【0046】次に、第二の工程として、予め形成した粒
子の存在する基板表面に真空中で有機分子を蒸発させて
付着させる。このとき、膜を形成する有機分子が上記粒
子の存在しない基板表面に成長核を形成しないよう、蒸
着条件を設定することが好ましい。例えば、堆積速度を
高くする、あるいは基板温度を制御することなどが挙げ
られる。なお、基板温度を高くする場合、粒子が基板表
面に存在する温度領域内に設定する。このように付着さ
せた有機分子膜は、粒子の密度によってその結晶サイズ
および凝集体サイズを制御される。基板表面に形成した
粒子の働きは必ずしも明確ではないが、有機分子が膜と
して成長するときの核あるいは核の源として作用し、粒
子の存在する点から膜の成長が進行する。
Next, as a second step, organic molecules are evaporated and attached in vacuum to the surface of the substrate on which the particles formed in advance are present. At this time, it is preferable to set the evaporation conditions so that the organic molecules forming the film do not form growth nuclei on the surface of the substrate where the particles do not exist. For example, increasing the deposition rate or controlling the substrate temperature can be mentioned. When the substrate temperature is increased, the temperature is set within a temperature range in which particles exist on the substrate surface. The crystal size and aggregate size of the organic molecular film thus deposited are controlled by the density of the particles. The function of the particles formed on the substrate surface is not always clear, but the organic molecules act as nuclei or nuclei when growing as a film, and the film grows from the point where the particles are present.

【0047】結晶性が極めて高く、通常の真空蒸着法で
は特異な結晶形態をとる結果不均質ないし不連続の薄膜
を与える有機化合物の場合、この発明によれば、第一の
工程で予め基板表面に高い密度の粒子を存在させること
により、極めて微細な結晶あるいはアモルファスからな
る均質膜ないし連続膜を与えることができる。結晶性の
ため、ある大きさの多結晶の集合体となる結果、不均質
ないし不連続の薄膜を与える有機化合物の場合、この発
明によれば、第一の工程で予め基板表面に低い密度の粒
子を存在させることにより、大きな単結晶からなる薄膜
を与えることができる。
According to the present invention, in the case of an organic compound having extremely high crystallinity and giving a heterogeneous or discontinuous thin film as a result of taking a unique crystal morphology in a normal vacuum deposition method, according to the present invention, the substrate surface must be prepared in the first step. The presence of high-density particles makes it possible to provide a homogeneous or continuous film made of extremely fine crystals or amorphous. In the case of an organic compound that gives a heterogeneous or discontinuous thin film as a result of forming a polycrystalline aggregate of a certain size due to crystallinity, according to the present invention, according to the present invention, a low density The presence of the particles makes it possible to provide a thin film composed of a large single crystal.

【0048】実施例5.ここでは、実施例4に関するよ
り具体的な例を示す。第一の工程として、真空度が10
-5Paの真空中で、AuをEB加熱方式で蒸発させアル
カリハライドの一種であるKCl基板の(001)表面
にAu原子で構成される粒子を付着させた。このとき、
基板温度は200℃に設定した。また、上記粒子の密度
は、堆積速度およびシャッター開閉により制御し、供給
量の目安を水晶振動子からなる膜厚センサーでモニター
した。堆積速度は、1nm/minとした。第一の工程
は、表示膜厚が2nmで第一の工程を終了した。第二の
工程として、同じ成長室内のAuと異なる蒸発源から、
有機化合物であるビフェニルジチオールの粉末をクヌー
センセルにて加熱して蒸発させ、基板表面に付着させ
た。この時の基板温度は25℃、堆積速度は1nm/m
inとした。第一の工程を経由しない場合、基板温度は
25℃、堆積速度は1nm/minでは、膜が形成でき
ないか、あるいはできても不均質な結晶からなる膜とな
った。これに対して、この発明による第一の工程を経由
した場合、500nm径以下の極めて微細な結晶からな
る均質な薄膜を得ることができた。
Embodiment 5 FIG. Here, a more specific example regarding the fourth embodiment will be described. In the first step, the degree of vacuum is 10
Au was evaporated by an EB heating method in a vacuum of -5 Pa to attach particles composed of Au atoms to the (001) surface of a KCl substrate, which is a kind of alkali halide. At this time,
The substrate temperature was set at 200 ° C. The density of the particles was controlled by the deposition rate and the opening and closing of the shutter, and the target of the supply amount was monitored by a film thickness sensor composed of a quartz oscillator. The deposition rate was 1 nm / min. The first step was completed when the display film thickness was 2 nm. As a second step, from a different evaporation source from Au in the same growth chamber,
The powder of biphenyldithiol, which is an organic compound, was heated and evaporated in a Knudsen cell to adhere to the substrate surface. At this time, the substrate temperature was 25 ° C., and the deposition rate was 1 nm / m.
in. Without passing through the first step, at a substrate temperature of 25 ° C. and a deposition rate of 1 nm / min, a film could not be formed, or even if it could be formed, a film was formed of heterogeneous crystals. On the other hand, when the first step according to the present invention was performed, a homogeneous thin film made of extremely fine crystals having a diameter of 500 nm or less could be obtained.

【0049】実施例6.まず、第一の工程として、真空
中で有機金属分子あるいは有機分子などを蒸発させて、
平滑な基板表面上に照射する。この時、図8の模式図に
示すように、光または光ならびに磁場を蒸発した有機金
属分子あるいは有機分子10に与え、光化学反応を引き
起こし、光化学反応後に生成した結合11を介し、上記
基板1表面上に粒子9を形成させる。光または光ならび
に磁場は、真空中に存在し基板1表面に向かって飛行し
ている上記分子に与えても、基板表面上の上記分子に与
えてもどちらでも良い。あるいは、第一の工程として、
真空中で有機金属分子あるいは有機分子などを蒸発させ
て、平滑な基板表面上に上記分子を照射する。この操作
により、まず基板表面上に粒子を形成させる。すなわ
ち、図9に示すように、基板表面上の粒子9に光または
光ならびに磁場を与える(図9(a))。次いで、固相
で光化学反応を引き起こしても良い(図9(b))。
Embodiment 6 FIG. First, as a first step, evaporate organometallic molecules or organic molecules in a vacuum,
Irradiate on a smooth substrate surface. At this time, as shown in the schematic diagram of FIG. 8, light or light and a magnetic field are given to the evaporated organometallic molecule or organic molecule 10 to cause a photochemical reaction, and via the bond 11 generated after the photochemical reaction, the surface of the substrate 1 The particles 9 are formed thereon. The light or the light and the magnetic field may be applied to the molecules existing in the vacuum and flying toward the surface of the substrate 1 or to the molecules on the substrate surface. Alternatively, as a first step,
An organic metal molecule or an organic molecule is evaporated in a vacuum to irradiate the molecule on a smooth substrate surface. By this operation, particles are first formed on the substrate surface. That is, as shown in FIG. 9, light or light and a magnetic field are applied to the particles 9 on the substrate surface (FIG. 9A). Next, a photochemical reaction may be caused in the solid phase (FIG. 9B).

【0050】光化学反応としては、どのようなものでも
良いが、分子間の結合を生成するものが好ましい。分子
種としては、光化学反応を起こす有機金属あるいは有機
分子であればどのようなものでも適用可能である。光化
学反応を施すことにより、粒子の形成条件範囲を広げる
こと、あるいは粒子の固定化を行うことなどが可能とな
る。与える光の波長および照射強度は、有機分子供給速
度および基板温度などの形成条件とともに誘起する光化
学反応に応じて調整する必要がある。印加する磁場は、
真空槽内に強磁場を発生できるマグネットを設置し、1
テスラ以上で行うのが望ましい。粒子の密度およびサイ
ズは実施例2で示したものと同様である。粒子の密度
は、基板種、真空度、基板温度および有機分子供給速度
などの作製条件によって必要に応じて調整することが好
ましい。ここで、基板として実施例1と同様のものが使
用可能である。
As the photochemical reaction, any reaction may be used, but a reaction which generates a bond between molecules is preferable. As the molecular species, any organic metal or organic molecule that causes a photochemical reaction can be applied. By performing the photochemical reaction, it becomes possible to widen the range of conditions for forming particles or to fix the particles. It is necessary to adjust the wavelength of the light to be applied and the irradiation intensity according to the photochemical reaction induced together with the formation conditions such as the organic molecule supply rate and the substrate temperature. The applied magnetic field is
Install a magnet that can generate a strong magnetic field in the vacuum chamber,
It is desirable to perform at or above Tesla. The density and size of the particles are the same as those shown in Example 2. The density of the particles is preferably adjusted as necessary according to the production conditions such as the substrate type, the degree of vacuum, the substrate temperature, and the organic molecule supply rate. Here, the same substrate as in the first embodiment can be used as the substrate.

【0051】第二の工程として、第一の工程で予め形成
した粒子の存在する基板表面に真空中で有機分子を蒸発
させて付着させる。このとき、膜を形成する有機分子が
上記粒子の存在しない基板表面に成長核を形成しないよ
うに、例えば、堆積速度を高くする、あるいは基板温度
を制御することなど蒸着条件を設定することが好まし
い。ここで、光化学反応を用いない粒子の形成に比較し
て基板温度が高い領域での安定性に富むが、基板温度を
高くする場合、粒子が基板表面に存在する温度領域内に
設定する必要がある。このように付着させた有機分子膜
は、粒子の密度によってその結晶サイズおよび凝集体サ
イズを制御することが可能となる。基板表面に形成した
粒子の働きは必ずしも明確ではないが、有機分子が膜と
して成長するときの核あるいは核の源として作用し、粒
子の存在する点から膜の成長が進行する。
As a second step, organic molecules are evaporated and attached in vacuum to the surface of the substrate on which the particles formed in the first step are present. At this time, it is preferable to set deposition conditions such as increasing the deposition rate or controlling the substrate temperature so that the organic molecules forming the film do not form growth nuclei on the substrate surface where the particles are not present. . Here, compared to the formation of particles without using a photochemical reaction, the stability is high in the region where the substrate temperature is high, but when the substrate temperature is raised, it is necessary to set the temperature within the temperature region where the particles exist on the substrate surface. is there. The crystal size and the aggregate size of the organic molecular film thus attached can be controlled by the particle density. The function of the particles formed on the substrate surface is not always clear, but the organic molecules act as nuclei or nuclei when growing as a film, and the film grows from the point where the particles are present.

【0052】結晶性が極めて高く、通常の真空蒸着法で
は特異な結晶形態をとる結果不均質ないし不連続の薄膜
を与える有機化合物の場合、この発明によれば、第一の
工程で予め基板表面に高い密度の粒子を存在させること
により、極めて微細な結晶あるいはアモルファスからな
る均質膜ないし連続膜を与えることができる。結晶性の
ため、ある大きさの多結晶の集合体となる結果、不均質
ないし不連続の薄膜を与える有機化合物の場合、この発
明によれば、第一の工程で予め基板表面に低い密度の粒
子を存在させることにより、大きな単結晶からなる薄膜
を与えることができる。
According to the present invention, in the case of an organic compound having extremely high crystallinity and giving a heterogeneous or discontinuous thin film as a result of taking a unique crystal morphology in a normal vacuum deposition method, according to the present invention, the substrate surface must be prepared in the first step. The presence of high-density particles makes it possible to provide a homogeneous or continuous film made of extremely fine crystals or amorphous. In the case of an organic compound that gives a heterogeneous or discontinuous thin film as a result of forming a polycrystalline aggregate of a certain size due to crystallinity, according to the present invention, according to the present invention, a low density The presence of the particles makes it possible to provide a thin film composed of a large single crystal.

【0053】実施例7.ここでは、実施例6に関するよ
り具体的な例を示す。第一の工程として、真空度が10
-5Paの真空中で、化学構造式1に示したビフェニルジ
チオールと次の化学構造式2に示したビフェニルジエチ
ニルを別の蒸発源から同時に加熱方式で蒸発させ、かつ
KCl基板鏡面研磨表面(001)にKrFエキシマレ
ーザ(波長:248nm)を上記分子の蒸発と同時に照
射した。
Embodiment 7 FIG. Here, a more specific example of the sixth embodiment will be described. In the first step, the degree of vacuum is 10
In a vacuum of -5 Pa, biphenyldithiol represented by the chemical formula 1 and biphenyldiethynyl represented by the following chemical formula 2 are simultaneously evaporated from another evaporation source by a heating method, and the KCl substrate mirror-polished surface ( 001) was irradiated with a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm) simultaneously with the evaporation of the molecules.

【0054】[0054]

【化2】 Embedded image

【0055】このときの光照射エネルギーは、5mj/
cm2・pulse(パルス)、10Hzであり、蒸発
分子を基板に供給している間常に光を照射した。基板温
度は25℃に設定した。基板上に生成させる粒子は、有
機分子供給速度およびシャッター開閉により制御し、供
給量の目安を水晶振動子からなる膜厚センサーで堆積速
度にてモニターした。堆積速度を0.2nm/sec
(秒)とし、表示膜厚2nmで第一の工程を終了した。
第二の工程として、上記同様の蒸発源から、有機化合物
であるビフェニルジチオールの粉末をクヌーセンセルに
て加熱して蒸発させ、基板表面に付着させた。この時の
基板温度は25℃、堆積速度は0.1nm/secとし
た。
The light irradiation energy at this time is 5 mj /
cm 2 · pulse (pulse), 10 Hz, and light was constantly applied while supplying evaporated molecules to the substrate. The substrate temperature was set at 25 ° C. The particles formed on the substrate were controlled by the organic molecule supply speed and the opening and closing of the shutter, and the standard of the supply amount was monitored at the deposition rate by a film thickness sensor comprising a quartz oscillator. Deposition rate of 0.2 nm / sec
(Seconds), and the first step was completed with a display film thickness of 2 nm.
In a second step, a powder of biphenyldithiol, which is an organic compound, was heated and evaporated in a Knudsen cell from the same evaporation source as described above, and adhered to the substrate surface. At this time, the substrate temperature was 25 ° C., and the deposition rate was 0.1 nm / sec.

【0056】第一の工程を経由しない場合、膜作製条件
をいかに設定しても、膜が形成できないか、あるいはで
きても不均質な結晶からなる膜となった。しかしなが
ら、第一の工程を経由した場合、極めて微細な結晶から
なる均質な薄膜を得ることができた。なお、この実施例
における第一の工程で生成した粒子は上記2種の分子が
光化学反応し、繰り返し単位数nの分布は不確定である
が、化学構造式3に示した分子で構成されていた。
In the case where the first step was not performed, no matter how the film forming conditions were set, no film could be formed, or even if the film was formed, the film was formed of heterogeneous crystals. However, through the first step, a homogeneous thin film composed of extremely fine crystals could be obtained. The particles formed in the first step in this example are composed of the molecules shown in Chemical Formula 3 although the two types of molecules undergo a photochemical reaction and the distribution of the number of repeating units n is uncertain. Was.

【0057】[0057]

【化3】 Embedded image

【0058】実施例8.第一の工程において、グロー放
電により有機分子あるいは無機分子からなる蒸気をプラ
ズマ化し、高エネルギー状態のラジカル分子などの反応
活性種を生成させる。図10に示すように、反応活性種
発生装置15で発生した反応活性種12を真空槽14に
導入し、ビームとして基板1に照射する。この時、反応
活性種12のビーム強度あるいは基板温度または反応活
性種12のビーム照射時間さらにはその組み合わせによ
り、生成する粒子の種類あるいは構造あるいは基板表面
上での密度を制御する。なお、反応活性種12のビーム
照射時に、セル16により第一の工程で用いる第2の有
機分子13を同時に基板1上に照射しても良い。さらに
は、反応活性種12からなるビーム照射時に光あるいは
磁場を与えて基板1表面上での反応を制御しても良い。
なお、図10中、17は第二の工程で薄膜を形成する有
機分子を発生させるセルである。
Embodiment 8 FIG. In the first step, a vapor composed of organic molecules or inorganic molecules is converted into plasma by glow discharge to generate reactive species such as radical molecules in a high energy state. As shown in FIG. 10, the reactive species 12 generated by the reactive species generator 15 are introduced into a vacuum chamber 14 and irradiated on the substrate 1 as a beam. At this time, the type or structure of the generated particles or the density on the substrate surface is controlled by the beam intensity of the reactive species 12, the substrate temperature, the beam irradiation time of the reactive species 12, and a combination thereof. When the reactive active species 12 is irradiated with the beam, the substrate 16 may be simultaneously irradiated with the second organic molecules 13 used in the first step by the cell 16. Further, a reaction on the surface of the substrate 1 may be controlled by applying light or a magnetic field when irradiating the beam composed of the reactive species 12.
In FIG. 10, reference numeral 17 denotes a cell for generating organic molecules forming a thin film in the second step.

【0059】プラズマ化した反応活性種の生成方法とし
て、一例を示す。ガス分子としてO2、N2、Cl2
2、CCl22、CH4、SiH4、H2Se、C26
nn-2、(CH36(SiO)2ヘキサメチルジシロ
キサン、スピロピラン、コロネン、ペリレン、金属フタ
ロシアニン、フラーレンなどを薄膜製造真空装置に設置
したセル内に導入する。次に、ガス圧10〜1000P
aでセル外部に巻き付けたRFコイルによってラジオ波
を印加して放電し、誘導結合によりプラズマにエネルギ
ーを供給する。ラジカル化した反応活性種は放電された
プラズマからの発光スペクトルをモニターすることによ
り確認できる。この反応活性種中にはイオン化したもの
が含まれていても良い。放電によってプラズマ化した反
応活性種は、セルからピンホールあるいはノズルを介し
て薄膜を成長させる真空槽に導入する。真空槽の真空度
を10-5〜10-8Paとセルの真空度より高くすること
によって、導入された反応活性種をビーム状で基板表面
に照射する。
One example of a method for producing the reactive species converted into plasma will be described. O 2 , N 2 , Cl 2 ,
F 2 , CCl 2 F 2 , CH 4 , SiH 4 , H 2 Se, C 2 H 6 ,
C n H n-2, is introduced (CH 3) 6 (SiO) 2 hexamethyldisiloxane, spiropyran, coronene, perylene, phthalocyanine, fullerene, etc. in the cell installed in the thin film manufacturing vacuum apparatus. Next, gas pressure 10-1000P
The radio wave is applied and discharged by the RF coil wound around the outside of the cell in a, and energy is supplied to the plasma by inductive coupling. The radicalized reactive species can be confirmed by monitoring the emission spectrum from the discharged plasma. The reactive species may include ionized species. The reactive species converted into plasma by the discharge are introduced from a cell into a vacuum chamber for growing a thin film through a pinhole or a nozzle. By setting the degree of vacuum in the vacuum chamber to 10 -5 to 10 -8 Pa, which is higher than the degree of vacuum in the cell, the introduced reactive species are irradiated on the substrate surface in a beam form.

【0060】基板表面上に照射した反応活性種を、基板
上で化学反応を起こさせ化学結合を生成させる。さらに
は同時に基板表面に照射した有機分子を活性化し、有機
分子同士あるいは有機分子と反応活性種、あるいは有機
分子ないし反応活性種化と先に反応した反応生成物と化
学的な反応を起こさせる。この時の反応はラジカルを経
由した反応であると考えられ、この反応により有機分子
が互いに共有結合した反応生成物が与えられる。このと
き分子線強度あるいは反応活性種のビーム強度または基
板温度ないし反応時間などあるいはその組み合わせを調
整することにより、基板表面上の粒子の構造あるいは凝
集形態または基板表面上の密度が制御できる。
The reactive species irradiated on the substrate surface cause a chemical reaction on the substrate to generate a chemical bond. At the same time, the organic molecules irradiated on the substrate surface are activated to cause a chemical reaction between the organic molecules or between the organic molecules and the reactive species, or with the organic molecule or the reaction product which has previously reacted with the reactive species. The reaction at this time is considered to be a reaction via a radical, and this reaction gives a reaction product in which organic molecules are covalently bonded to each other. At this time, by adjusting the molecular beam intensity, the beam intensity of the reactive species, the substrate temperature, the reaction time, and the like, or a combination thereof, the structure or aggregation form of the particles on the substrate surface or the density on the substrate surface can be controlled.

【0061】反応生成物は有機分子が互いに共有結合し
たものであるため、化学的および物理的に安定であり、
その後の第二の工程における有機分子薄膜の形成の時の
諸条件により、膜の品質に悪影響を及ぼす凝集あるいは
再蒸発などを引き起こさない。第二の工程において、有
機分子は第一の工程で基板表面上に予め形成した粒子に
より作用されながら、膜を形成する。また、第一の工程
において、放電によって生成した反応活性種と同時に第
二の有機分子を基板表面に照射した場合、有機分子に化
学反応を誘起し、第二の有機分子あるいは第二の有機分
子と反応活性種が構成原料となる粒子を形成できる。こ
のとき、生成された粒子の化学構造は明確とならない場
合が多いが、分子同士が不規則に架橋した構造のものが
形成されている。
The reaction product is chemically and physically stable because organic molecules are covalently bonded to each other.
The conditions at the time of forming the organic molecular thin film in the subsequent second step do not cause aggregation or re-evaporation which adversely affects the quality of the film. In the second step, the organic molecules form a film while being acted on by the particles previously formed on the substrate surface in the first step. Further, in the first step, when the substrate surface is irradiated with the second organic molecule simultaneously with the reactive species generated by the discharge, a chemical reaction is induced in the organic molecule, and the second organic molecule or the second organic molecule is induced. And the reactive species can form particles that are constituent materials. At this time, in many cases, the chemical structure of the generated particles is not clear, but a particle having a structure in which molecules are crosslinked irregularly is formed.

【0062】また、第一の工程において、基板表面に反
応活性種と同時に基板表面上に照射した第二の有機分子
に光を照射した場合、基底状態にある第二の有機分子を
励起して化学的に活性化することができることから、よ
り効率良く粒子を形成できる場合がある。用いる光とし
て特に制約はないが、有機分子種に応じて光の波長を選
択することが望ましい。有機分子が基底状態から励起状
態に遷移できる範囲内において、与える光の波長により
有機分子の励起状態を制御することが可能となる。こう
して、光照射によって活性化した有機分子は先に放電に
よって生成させた反応活性種と反応し、第二の有機分子
あるいは第二の有機分子と反応活性種が構成原料となる
粒子を形成できる。
Further, in the first step, when light is irradiated on the second organic molecule irradiated on the substrate surface simultaneously with the reactive species on the substrate surface, the second organic molecule in the ground state is excited. In some cases, particles can be formed more efficiently because they can be chemically activated. There is no particular limitation on the light used, but it is desirable to select the wavelength of the light according to the organic molecular species. As long as the organic molecule can transition from the ground state to the excited state, the excited state of the organic molecule can be controlled by the wavelength of the applied light. Thus, the organic molecules activated by the light irradiation react with the reactive species previously generated by the discharge, and can form particles of the second organic molecule or the second organic molecule and the reactive species as constituent materials.

【0063】第二の工程は、実施例1および実施例2で
示したものと同様な手法を用いる。以上のようにして、
結晶性が極めて高く通常の真空蒸着法では特異な結晶形
態をとる結果、不均質ないし不連続の薄膜を与える有機
化合物の場合、この発明によれば、第一の工程でラジカ
ル活性種を用いることにより予め基板表面に高い密度の
粒子を存在させ、極めて微細な結晶あるいはアモルファ
スからなる均質膜ないし連続膜を与えることができる。
結晶性のためにある大きさの多結晶の集合体となる結
果、不均質ないし不連続の薄膜を与える有機化合物の場
合、この発明によれば、第一の工程でラジカル活性種を
用いることにより予め基板表面に低い密度の粒子を存在
させ、大きな単結晶からなる薄膜を与えることができ
る。
In the second step, a method similar to that shown in Embodiments 1 and 2 is used. As described above,
According to the present invention, in the case of an organic compound that has a very high crystallinity and gives a heterogeneous or discontinuous thin film as a result of taking a unique crystal form in a normal vacuum deposition method, a radical active species is used in the first step according to the present invention. Thereby, particles having a high density are previously present on the substrate surface, and a uniform film or a continuous film made of extremely fine crystals or amorphous can be provided.
According to the present invention, in the case of an organic compound which gives a heterogeneous or discontinuous thin film as a result of forming a polycrystalline aggregate of a certain size due to crystallinity, according to the present invention, the radical active species is used in the first step. A low-density particle is previously present on the substrate surface, and a thin film composed of a large single crystal can be provided.

【0064】実施例9.ここでは、実施例8に関するよ
り具体的な実施例を示す。真空槽に取り付けたラジカル
分子発生セルに酸素を100Paになるよう導入し、ラ
ジオ波の印加により酸素ラジカルを発生させた。発生さ
せた酸素ラジカルはセルと真空槽とを隔離しているバル
ブを調整することにより、真空槽内に導入した。導入し
た酸素ラジカルは、Kセルから蒸発させた第二の有機分
子であるビフェニルジエチニルと同時にKCl単結晶基
板を鏡面研磨した表面(001)に照射した。酸素ラジ
カル導入時の真空槽の真空度は10-4Pa、これに加え
第二の有機分子を蒸発させた時の真空度は10-3Paで
あった。このとき、基板温度は25℃とした。上記第一
の工程によって、基板表面上にはビフェニルジエチニル
を構成原料とする架橋構造を有する粒子が、50μm-2
程度の密度で形成された。引き続いて行った第二の工程
により、上記粒子が形成された基板表面上にビフェニル
ジチオール分子をKセルから蒸発させ照射した。このと
きの、真空度は10-4Pa、堆積速度は5nm/min
であった。その結果、ビフェニルジチオールの多結晶か
らなる均質な膜が形成された。
Embodiment 9 FIG. Here, a more specific embodiment of the eighth embodiment will be described. Oxygen was introduced into the radical molecule generation cell attached to the vacuum chamber to 100 Pa, and oxygen radicals were generated by applying radio waves. The generated oxygen radicals were introduced into the vacuum chamber by adjusting a valve separating the cell and the vacuum chamber. The introduced oxygen radicals were irradiated onto the mirror-polished surface (001) of the KCl single crystal substrate simultaneously with biphenyldiethynyl as the second organic molecule evaporated from the K cell. The degree of vacuum in the vacuum chamber when oxygen radicals were introduced was 10 −4 Pa, and in addition, the degree of vacuum when the second organic molecule was evaporated was 10 −3 Pa. At this time, the substrate temperature was 25 ° C. By the first step, particles having a crosslinked structure containing biphenyldiethynyl as a constituent raw material are formed on the substrate surface by 50 μm −2.
It was formed with a moderate density. In a subsequent second step, biphenyldithiol molecules were evaporated from the K cell and irradiated onto the substrate surface on which the particles were formed. At this time, the degree of vacuum was 10 −4 Pa, and the deposition rate was 5 nm / min.
Met. As a result, a homogeneous film composed of polycrystalline biphenyldithiol was formed.

【0065】実施例10.第一の工程として、基板上に
液晶分子を展開する。液晶相としては、ネマテイック,
スメクテイックA,スメクテイックC,カイラルネマテ
イック,カイラルスメクテイックおよびディスコテイッ
ク相のいずれでも良い。また、用いる液晶分子としては
特に制約はなく、メルクZLI1132(商品名)など
の組成物であっても良い。また、さらにはメソゲン基を
高分子骨格中に有するもの、あるいはメソゲン基を側鎖
として高分子主鎖にペンダントしたものでも良い。基板
としては特に制限はなく、金属、サファイア結晶、石
英、ガラス、アルカリハライド結晶、シリコン、ゲルマ
ニウム、GaAsなどの化合物半導体、各種プラスチッ
クなどの基板が適用できる。さらには、基板上に膜を被
覆したもの、あるいはラビングおよび斜方蒸着などの処
理を施したものでも良い。
Embodiment 10 FIG. As a first step, liquid crystal molecules are developed on a substrate. As the liquid crystal phase, nematic,
Any of smectic A, smectic C, chiral nematic, chiral smectic and discotic phases may be used. The liquid crystal molecules used are not particularly limited, and may be a composition such as Merck ZLI1132 (trade name). Further, a polymer having a mesogen group in a polymer skeleton or a polymer having a mesogen group as a side chain and pendant to a polymer main chain may be used. The substrate is not particularly limited, and substrates such as metal, sapphire crystal, quartz, glass, alkali halide crystal, silicon, germanium, compound semiconductors such as GaAs, and various plastics can be applied. Further, a substrate coated with a film or a substrate subjected to a treatment such as rubbing and oblique deposition may be used.

【0066】図11の模式図に示すように、第一の工程
において、基板上に液晶分子19を展開したものを真空
中に導入し、基板1上の液晶分子19をマグネット18
による磁場中にて配向させる。配向させる磁場の強さと
しては、液晶分子19に依存するが1テスラ以上が好ま
しい。次いで、第二の工程として配向させた液晶分子1
9の存在する基板1上に、薄膜を形成する有機分子20
を蒸発させる。なお、液晶に印加する磁場は、有機分子
20の蒸発中にも発生させても良い。以上の第一の工程
を経由することによって、第二の工程で形成する薄膜中
の有機分子の配向を制御する。
As shown in the schematic diagram of FIG. 11, in a first step, a liquid crystal molecule 19 developed on a substrate is introduced into a vacuum, and the liquid crystal molecule 19 on the substrate 1 is
Orientation in a magnetic field according to The strength of the magnetic field for alignment depends on the liquid crystal molecules 19, but is preferably 1 Tesla or more. Next, as the second step, the aligned liquid crystal molecules 1
Organic molecules 20 forming a thin film on the substrate 1 where
Is evaporated. Note that the magnetic field applied to the liquid crystal may be generated during the evaporation of the organic molecules 20. Through the above first step, the orientation of the organic molecules in the thin film formed in the second step is controlled.

【0067】実施例11.ここでは、実施例10に関す
るより具体的な実施例を示す。まず第一の工程として、
石英基板上に次の化学構造式4で示すシアノビフェニル
系液晶であるメルク5CB(商品名)を滴下した。
Embodiment 11 FIG. Here, a more specific embodiment of the tenth embodiment will be described. As the first step,
Merck 5CB (trade name), which is a cyanobiphenyl-based liquid crystal represented by the following chemical structural formula 4, was dropped on a quartz substrate.

【0068】[0068]

【化4】 Embedded image

【0069】この基板を大気開放している真空チャンバ
ー内に設置し、ネマティック相を示す30℃に温度設定
した。その後、超伝導マグネットにより10T(テス
ラ)の磁場を発生させ、基板法線方向に磁場を作用させ
た。しかる後、真空チャンバー内を真空排気すると同時
に基板を−100℃に冷却した。次いで、第二の工程と
して、基板温度が−100℃に到達するとともに磁場を
遮断し、次の化学構造式5で示すオリゴフェニレンビニ
レン誘導体をKセルから蒸発させ基板に照射し膜を形成
した。
This substrate was placed in a vacuum chamber open to the atmosphere, and the temperature was set to 30 ° C., which indicates a nematic phase. Thereafter, a magnetic field of 10 T (tesla) was generated by the superconducting magnet, and the magnetic field was applied in the normal direction of the substrate. Thereafter, the inside of the vacuum chamber was evacuated and the substrate was cooled to -100 ° C. Next, as a second step, the magnetic field was shut off when the substrate temperature reached -100 ° C, and the oligophenylenevinylene derivative represented by the following chemical structural formula 5 was evaporated from the K cell and irradiated on the substrate to form a film.

【0070】[0070]

【化5】 Embedded image

【0071】このときの真空度は10-6Paであり、堆
積速度は1nm/minであった。上述した液晶による
処理を施していない石英基板上には分子配向がランダム
な膜が形成された。これに対して、この発明によりる液
晶による表面処理を施した石英基板上には、基板面に対
して垂直な方向に分子長軸が配向したオリゴフェニレン
ビニレン誘導体膜が形成できた。
At this time, the degree of vacuum was 10 −6 Pa, and the deposition rate was 1 nm / min. A film having a random molecular orientation was formed on a quartz substrate which had not been subjected to the above-described treatment with the liquid crystal. On the other hand, an oligophenylenevinylene derivative film having a long molecular axis oriented in a direction perpendicular to the substrate surface could be formed on the quartz substrate subjected to the surface treatment with the liquid crystal according to the present invention.

【0072】実施例12.第一の工程として、清浄かつ
平滑な基板上に凹凸部を形成する。基板としては清浄か
つ平滑であればどのようなものでも良く、サファイア結
晶、石英、ガラス、アルカリハライド結晶、シリコン、
ゲルマニウム、GaAsなどの化合物半導体、各種プラ
スチックなどの基板が適用できる。また、上記基板上
に、各種有機・無機結晶薄膜を形成したものでも良い。
凹凸部としては、形状が制御されたものであればいかな
るものでも適用できる。例えば、レジストパターン、レ
ジストを利用してエッチングにより形成される基板の溝
が挙げられる。また、さらにレジストパターンを利用し
て形成する他の金属、半導体あるいは絶縁体などからな
る薄膜パターンなどが挙げられる。この薄膜パターンの
形成には、従来の半導体プロセスを利用するのが好まし
い。
Embodiment 12 FIG. As a first step, an uneven portion is formed on a clean and smooth substrate. Any substrate may be used as long as it is clean and smooth, such as sapphire crystal, quartz, glass, alkali halide crystal, silicon,
Substrates such as compound semiconductors such as germanium and GaAs and various plastics can be applied. Further, various organic / inorganic crystal thin films may be formed on the substrate.
As the concavo-convex portion, any material having a controlled shape can be used. For example, a groove of a substrate formed by etching using a resist pattern and a resist can be given. Further, a thin film pattern made of another metal, semiconductor, insulator, or the like formed using a resist pattern may be used. It is preferable to use a conventional semiconductor process for forming the thin film pattern.

【0073】次に、第二の工程として凹凸の形状変化を
伴う加工を施した基板表面上に真空中で蒸発させた有機
分子を照射する。このとき、照射する分子線の強度およ
び基板温度を調整することにより、図12の模式図に示
すように、基板1全面に有機分子20が付着することが
ないようにし、かつ選択的にパターン加工を施した部分
にのみ付着するように制御することによって基板表面上
に有機分子薄膜パターン21を与える。ここで、分子線
強度および基板温度は、用いる分子種に応じて適宜調整
する。
Next, as a second step, the organic molecules evaporated in a vacuum are irradiated onto the substrate surface which has been processed with the change in the shape of the irregularities. At this time, by adjusting the intensity of the molecular beam to be irradiated and the substrate temperature, the organic molecules 20 are prevented from adhering to the entire surface of the substrate 1 as shown in the schematic diagram of FIG. The organic molecular thin film pattern 21 is provided on the surface of the substrate by controlling so as to adhere only to the portion subjected to. Here, the molecular beam intensity and the substrate temperature are appropriately adjusted according to the molecular species used.

【0074】さらに、図12について詳細に述べる。基
板1上に、第一の工程で凸パターン3を所望の位置に形
成させる。次に、第二の工程で有機分子20を真空中で
蒸発させ基板1に供給する。このとき、蒸発分子量およ
び基板温度を調整し、基板1全面に蒸発分子が吸着する
ことなく、選択的に凸パターン3の側方部に吸着させ
る。こうした条件を設定することにより、凸パターン3
の側方部を成長出発点として凸パターン3の側面の法線
方向に蒸発させた有機分子薄膜パターン21を成長させ
る。なお、レジストなどから形成した凸パターン3は、
有機分子からなる単結晶薄膜パターン21を形成した後
に、単結晶薄膜パターンが溶解しない溶剤にて除去する
ことが可能である。
FIG. 12 will be described in detail. A convex pattern 3 is formed on a substrate 1 at a desired position in a first step. Next, in a second step, the organic molecules 20 are evaporated in a vacuum and supplied to the substrate 1. At this time, the vaporized molecular weight and the substrate temperature are adjusted, and the vaporized molecules are selectively adsorbed on the side portions of the convex pattern 3 without being adsorbed on the entire surface of the substrate 1. By setting these conditions, the convex pattern 3
The organic molecular thin film pattern 21 which is evaporated in the direction of the normal to the side surface of the convex pattern 3 is grown with the side portion of the substrate as a growth starting point. In addition, the convex pattern 3 formed from a resist or the like
After forming the single crystal thin film pattern 21 composed of organic molecules, it is possible to remove the single crystal thin film pattern with a solvent that does not dissolve the single crystal thin film pattern.

【0075】実施例13.ここでは、実施例12に関す
るより具体的な実施例を示す。基板として、石英を用い
た。第一の工程として、基板上にポジ型レジストAZ1
350(商品名)をスピンコート法により塗布し、露
光、現像することによりレジストパターンを形成した。
レジストパターンの典型的なサイズを厚み500nm、
長さ5μm、幅1μmとした。レジストを形成した後、
真空中で100℃、1時間加熱処理し、基板表面吸着物
を除去した。このときの真空度は、10-8Pa台であっ
た。引き続き、第二の工程として、真空中でKセル中に
収容された次の化学構造式6で示されるバナジルフタロ
シアニンを蒸発させ、レジストパターンを形成した基板
上に分子線として照射した。
Embodiment 13 FIG. Here, a more specific embodiment of the twelfth embodiment will be described. Quartz was used as a substrate. As a first step, a positive resist AZ1 is formed on a substrate.
350 (trade name) was applied by spin coating, exposed and developed to form a resist pattern.
A typical size of the resist pattern is 500 nm thick,
The length was 5 μm and the width was 1 μm. After forming the resist,
Heat treatment was performed at 100 ° C. for 1 hour in a vacuum to remove adsorbed substances on the substrate surface. The degree of vacuum at this time was on the order of 10 -8 Pa. Subsequently, as a second step, vanadyl phthalocyanine represented by the following chemical structural formula 6 contained in the K cell was evaporated in a vacuum, and the substrate on which the resist pattern was formed was irradiated as a molecular beam.

【0076】[0076]

【化6】 Embedded image

【0077】このバナジルフタロシアニンの蒸発には、
Kセル加熱温度を450℃に設定し、基板温度は300
℃とした。バナジルフタロシアニンの蒸発に伴い、成長
室内の真空度は10-7Paとなった。以上の作製方法に
よってレジストパターンの側部から延びた長さ100μ
m、幅5μm、厚み300nmのバナジルフタロシアニ
ンからなる分子結晶薄膜パターンを形成した。その後、
レジストパターンをアセトンで除去することにより、バ
ナジルフタロシアニンパターンのみを得た。
The evaporation of vanadyl phthalocyanine includes:
K cell heating temperature is set to 450 ° C, substrate temperature is 300
° C. With the evaporation of vanadyl phthalocyanine, the degree of vacuum in the growth chamber became 10 -7 Pa. 100 μm length extending from the side of the resist pattern by the above manufacturing method
A molecular crystal thin film pattern of vanadyl phthalocyanine having a thickness of m, a width of 5 μm, and a thickness of 300 nm was formed. afterwards,
By removing the resist pattern with acetone, only a vanadyl phthalocyanine pattern was obtained.

【0078】実施例14.第一の工程として、まず、平
滑な基板上に凹凸部を形成する。基板としては平滑であ
ればどのようなものでも良く、サファイア結晶、石英、
ガラス、アルカリハライド結晶、シリコン、ゲルマニウ
ム、GaAsなどの化合物半導体、各種プラスチックあ
るいは金属板などの基板が適用できる。また、上記基板
上に、各種有機・無機結晶薄膜を形成したものでも良
い。この時、薄膜パターンの分子配向あるいは結晶配列
を制御することが可能となる。中でも、特定方向に分子
結晶を成長させるために、単結晶基板、ポリマーラビン
グ膜被覆基板、斜方蒸着膜被覆基板、LB膜被覆基板な
どの使用が好ましい。凹凸部としては、形状が制御され
たものであればいかなるものでも良い。例えば、レジス
トパターン、レジストを利用してエッチングにより形成
される基板の溝が挙げられる。また、さらにレジストパ
ターンを利用して形成する他の金属、半導体あるいは絶
縁体などからなる薄膜パターンなどが挙げられる。この
薄膜パターンの形成には、従来の半導体プロセスを利用
するのが好ましい。
Embodiment 14 FIG. As a first step, first, an uneven portion is formed on a smooth substrate. Any substrate may be used as long as it is smooth, such as sapphire crystal, quartz,
Substrates such as glass, alkali halide crystals, compound semiconductors such as silicon, germanium, and GaAs, various plastics, and metal plates can be used. Further, various organic / inorganic crystal thin films may be formed on the substrate. At this time, it is possible to control the molecular orientation or crystal arrangement of the thin film pattern. Among them, in order to grow a molecular crystal in a specific direction, it is preferable to use a single crystal substrate, a substrate coated with a polymer rubbing film, a substrate coated with an obliquely deposited film, an LB film coated substrate, or the like. Any irregularities may be used as long as their shapes are controlled. For example, a groove of a substrate formed by etching using a resist pattern and a resist can be given. Further, a thin film pattern made of another metal, semiconductor, insulator, or the like formed using a resist pattern may be used. It is preferable to use a conventional semiconductor process for forming the thin film pattern.

【0079】次に、第二の工程として凹凸の形状変化を
伴う加工を施した基板表面上に真空中で蒸発させた有機
分子を照射する。このとき、照射する分子線の強度およ
び基板温度を調整することにより、図13の模式図に示
すように、基板全面に有機分子が付着することがないよ
うにし、かつ選択的にパターン加工を施した部分にのみ
付着するように制御することによって基板表面上に薄膜
パターンを与える。ここで、分子線強度および基板温度
は用いる分子種に応じて調整する。このとき、薄膜パタ
ーンの分子配向あるいは結晶配列を制御することが可能
となる。分子配向あるいは結晶配列を行うためには、単
結晶基板、ポリマーラビング膜被覆基板、斜方蒸着膜被
覆基板、LB膜被覆基板などの使用が好ましい。
Next, as a second step, the organic molecules evaporated in a vacuum are irradiated onto the substrate surface which has been processed with a change in the shape of the unevenness. At this time, by adjusting the intensity of the molecular beam to be irradiated and the substrate temperature, as shown in the schematic diagram of FIG. 13, organic molecules are prevented from adhering to the entire surface of the substrate, and pattern processing is selectively performed. A thin film pattern is provided on the substrate surface by controlling so that it adheres only to the portion that has been made. Here, the molecular beam intensity and the substrate temperature are adjusted according to the molecular species used. At this time, it is possible to control the molecular orientation or crystal arrangement of the thin film pattern. In order to perform molecular orientation or crystal arrangement, it is preferable to use a single crystal substrate, a substrate coated with a polymer rubbing film, a substrate coated with an obliquely deposited film, an LB film coated substrate, or the like.

【0080】さらに、図13について詳細に述べる。単
結晶基板22を用いた場合、第一の工程で凸パターン3
はその側面を単結晶基板表面の結晶軸方位にあわせて形
成させる。上記単結晶基板の結晶軸に対する凸パターン
3の側面の方向は用いる有機分子に応じて選択する。次
に、第二の工程で有機分子を真空中で蒸発させ上記基板
に供給する。このとき、蒸発分子量および基板温度を調
整して、基板全面に蒸発分子が吸着することなく、選択
的に凸パターン3の側方部に吸着させる。こうした条件
を設定することにより、凸パターン3の側方部を成長出
発点として凸パターン3の側面の法線方向に蒸発させた
有機分子からなる結晶を成長させる。この実施例によっ
て、有機分子(単)結晶薄膜パターン23を所望の位置
に形成することができる。
FIG. 13 will be described in detail. When the single crystal substrate 22 is used, the convex pattern 3
Is formed so that its side faces are aligned with the crystal axis direction of the single crystal substrate surface. The direction of the side surface of the convex pattern 3 with respect to the crystal axis of the single crystal substrate is selected according to the organic molecules used. Next, in a second step, the organic molecules are evaporated in a vacuum and supplied to the substrate. At this time, the evaporated molecular weight and the substrate temperature are adjusted so that the evaporated molecules are selectively adsorbed on the side portions of the convex pattern 3 without being adsorbed on the entire surface of the substrate. By setting such conditions, a crystal composed of organic molecules evaporated in the normal direction of the side surface of the convex pattern 3 is grown with the side portion of the convex pattern 3 as a growth starting point. According to this embodiment, the organic molecule (single) crystal thin film pattern 23 can be formed at a desired position.

【0081】実施例15.ここでは、実施例14に関す
るより具体的な実施例を示す。基板として、KCl単結
晶表面(001)面を用いた。第一の工程として、この
KCl単結晶基板24上にネガ型レジストONNR−2
0(商品名)をスピンコート法により塗布し、露光、現
像することによりレジストパターンを形成した。レジス
トパターンの典型的なサイズを厚み500nm、長さ5
μm、幅1μmとした。図14に示すように、レジスト
パターン25は、長さ方向をKCl基板結晶軸方向[1
10]に水平あるいは垂直方向に位置するように形成し
た。また、レジストパターン26はKCl基板結晶軸方
向[100]に水平あるいは垂直方向に位置するよう形
成した。レジストを形成した後、真空中で100℃、1
時間加熱処理し、基板表面吸着物を除去した。
Embodiment 15 FIG. Here, a more specific embodiment of the fourteenth embodiment will be described. A KCl single crystal surface (001) plane was used as a substrate. As a first step, a negative resist ONNR-2 is formed on the KCl single crystal substrate 24.
0 (trade name) was applied by spin coating, exposed and developed to form a resist pattern. A typical size of the resist pattern is 500 nm in thickness and 5 in length.
μm and a width of 1 μm. As shown in FIG. 14, the resist pattern 25 has a length direction corresponding to the crystal axis direction [1] of the KCl substrate.
10] in the horizontal or vertical direction. The resist pattern 26 was formed so as to be located horizontally or vertically in the crystal axis direction [100] of the KCl substrate. After forming the resist, 100 ° C, 1
Heat treatment was performed for a period of time to remove adsorbed substances on the substrate surface.

【0082】このときの真空度は、10-6Pa台であっ
た。引き続き、第二の工程として、真空中で化学構造式
1で示した4,4’−ビフェニルジチオールを蒸発さ
せ、レジストパターンを形成した基板上に分子線を照射
した。上記ビフェニルジチオールの蒸発には、Kセルを
用いて、加熱温度を60℃に設定した。また、基板温度
は室温とした。ビフェニルジチオールの蒸発に伴い、成
長室内の真空度は10-4Paとなった。以上の作製方法
によってレジストパターン25の側部からKCl結晶基
板軸[110]に垂直あるいは水平な方向に延びた、長
さ100μm、幅5μm、厚み500nmのビフェニル
ジチオールからなる分子結晶薄膜パターンを形成した。
さらに、レジストパターン26の側部からKCl結晶基
板軸[110]に垂直および水平の両方向に分岐するよ
うに、長さ100μm、幅5μm、厚み500nmのビ
フェニルジチオールの分子結晶薄膜パターン27を形成
した。
At this time, the degree of vacuum was on the order of 10 −6 Pa. Subsequently, as a second step, 4,4′-biphenyldithiol represented by the chemical structural formula 1 was evaporated in a vacuum, and a molecular beam was irradiated on the substrate on which the resist pattern was formed. The heating temperature was set to 60 ° C. using a K cell for the evaporation of the biphenyldithiol. The substrate temperature was room temperature. With the evaporation of biphenyldithiol, the degree of vacuum in the growth chamber became 10 -4 Pa. By the above manufacturing method, a molecular crystal thin film pattern of biphenyldithiol having a length of 100 μm, a width of 5 μm, and a thickness of 500 nm extending from the side of the resist pattern 25 in a direction perpendicular or horizontal to the KCl crystal substrate axis [110] was formed. .
Furthermore, a biphenyldithiol molecular crystal thin film pattern 27 having a length of 100 μm, a width of 5 μm, and a thickness of 500 nm was formed so as to branch from the side of the resist pattern 26 in both directions perpendicular and horizontal to the KCl crystal substrate axis [110].

【0083】実施例16.第一の工程として、まず、平
滑な基板上に、基板表面を構成する材料と異なる材料か
らなる凸パターンを形成する。基板としては平滑な、サ
ファイア結晶、石英、ガラス、アルカリハライド結晶、
シリコン、ゲルマニウム、GaAsなどの化合物半導
体、各種プラスチックあるいは金属板などの基板が適用
できる。また、上記基板上に、各種有機・無機結晶薄膜
を形成したものでも良い。なお、基板として後述の第二
の工程で与える薄膜を構成する有機分子の付着力が小さ
いものが好ましい。凸パターンとしては、形状が制御さ
れ、第二の工程で与える有機分子に対して基板より付着
力ないし付着率の大きいものであればいかなるものでも
適用できる。例えば、レジストパターン、あるいは他の
金属、半導体あるいは絶縁体などからなる薄膜パターン
などが挙げられる。この薄膜パターンの形成には、従来
の半導体プロセスを利用するのが好ましい。
Embodiment 16 FIG. As a first step, first, a convex pattern made of a material different from the material constituting the substrate surface is formed on a smooth substrate. As a substrate, a smooth, sapphire crystal, quartz, glass, alkali halide crystal,
Substrates such as compound semiconductors such as silicon, germanium, and GaAs, various plastics, and metal plates can be used. Further, various organic / inorganic crystal thin films may be formed on the substrate. It is preferable that the substrate has a small adhesive force of the organic molecules constituting the thin film provided in the second step described later. As the convex pattern, any pattern can be applied as long as its shape is controlled and the organic molecule given in the second step has a higher adhesive force or an adhesive rate than the substrate. For example, a resist pattern or a thin film pattern made of another metal, semiconductor, insulator, or the like can be used. It is preferable to use a conventional semiconductor process for forming the thin film pattern.

【0084】第二の工程として、上記レジストパターン
あるいはそれ以外の薄膜パターンを形成した基板に、真
空中で蒸発させた有機分子を照射する。図15に示すよ
うに、分子の有機分子供給速度あるいは基板温度または
その両方を調整することにより、基板1上に有機分子5
が付着することがないようにし、かつ選択的に凸パター
ン28にのみ付着するように制御する。通常、凸パター
ン28のみ有機分子5が付着するように、有機分子供給
速度を小さくし、基板温度を高くすることによって、基
板上に選択的に有機薄膜パターン29を形成することが
できる。また、結晶性、結晶配列、分子配向あるいは膜
の形態など膜の品質に対する基板表面の与える影響を抑
え、形成した凸パターン28によって上記薄膜の品質の
制御が可能となる。
In the second step, the substrate on which the resist pattern or other thin film pattern is formed is irradiated with organic molecules evaporated in vacuum. As shown in FIG. 15, by adjusting the organic molecule supply rate of the molecules and / or the substrate temperature, the organic molecules 5 on the substrate 1 are adjusted.
Is controlled so as not to adhere and selectively adhere only to the convex pattern 28. Usually, the organic thin film pattern 29 can be selectively formed on the substrate by reducing the organic molecule supply rate and increasing the substrate temperature so that the organic molecules 5 adhere only to the convex pattern 28. In addition, the influence of the substrate surface on the quality of the film such as crystallinity, crystal arrangement, molecular orientation, and film form is suppressed, and the quality of the thin film can be controlled by the formed convex pattern 28.

【0085】例えば、図15に示すように、通常の蒸着
法で有機分子供給速度あるいは基板温度などの成長条件
を設定するだけでは、例えば分子配向が基板にノーマル
となり、基板に対してラテラルに配向することが困難で
ある場合、この実施例によってラテラル配向することが
可能となる。2つの離れた凸パターンを金属ないし半導
体で構成した場合、この間に膜の性質を制御した有機分
子膜を構成することにより、ミクロな電子デバイスが構
成できる。電子デバイスとしては、キャパシタ、整流素
子、電界効果トランジスタ、光電変換素子、発光ダイオ
ード、非線形光学素子などが挙げられる。また、基板面
法線方向に対して斜め方向から蒸発分子を入射すること
により、凸パターンの側面に対して入射分子線強度を強
くすることができ、より選択的に凸パターンの側面に有
機分子膜を形成することができる。特に、第二の工程中
に基板面内方向の回転を止めることにより、凸パターン
の片方の側面のみ有機薄膜を形成することができる。
For example, as shown in FIG. 15, just by setting the growth conditions such as the organic molecule supply rate or the substrate temperature by the ordinary vapor deposition method, for example, the molecular orientation becomes normal to the substrate and the molecular orientation becomes lateral to the substrate. If this is difficult, this embodiment allows lateral orientation. When two separate convex patterns are formed of a metal or a semiconductor, a microelectronic device can be formed by forming an organic molecular film having controlled film properties between them. Examples of the electronic device include a capacitor, a rectifier, a field-effect transistor, a photoelectric converter, a light-emitting diode, and a nonlinear optical element. Further, by injecting the evaporated molecules from the oblique direction to the normal direction of the substrate surface, the intensity of the incident molecular beam can be increased with respect to the side of the convex pattern, and the organic molecules can be more selectively applied to the side of the convex pattern. A film can be formed. In particular, by stopping rotation in the in-plane direction of the substrate during the second step, an organic thin film can be formed only on one side surface of the convex pattern.

【0086】実施例17.ここでは、実施例16に関す
るより具体的な実施例を示す。化学構造式2で示される
ビフェニルジエチニル分子は基板温度を室温とした場
合、有機分子供給速度を高くすることによって膜を形成
することができ、そのときの分子配向として基板面法線
方向に分子長軸を配向させた結晶を形成するため、基板
面内方向に分子の長軸を配向させた結晶薄膜を形成する
ことが困難であった。この実施例は、ビフェニルジエチ
ニル分子からなる結晶薄膜パターンを、結晶を構成する
分子の長軸方向を基板面内方向に配向させた例である。
Embodiment 17 FIG. Here, a more specific embodiment of the sixteenth embodiment will be described. When the substrate temperature is room temperature, the biphenyldiethynyl molecule represented by the chemical structural formula 2 can form a film by increasing the supply rate of the organic molecule, and the molecule is oriented in the normal direction of the substrate surface as the molecular orientation at that time. Since a crystal having a major axis oriented is formed, it has been difficult to form a crystal thin film having a major axis oriented in the in-plane direction of the substrate. This embodiment is an example in which a crystal thin film pattern composed of biphenyldiethynyl molecules is oriented such that the major axis direction of the molecules constituting the crystal is in the in-plane direction of the substrate.

【0087】まず第一の工程で、シリコンウエハー基板
の鏡面研磨表面(100)上に、通常のフォトリソグラ
フィー法により、ライン状の金パターンを形成した。金
パターンの代表的なサイズとして、長さ0.5mm、幅
0.5μm、高さ2μmとし、一対の金パターン間の距
離は2μmとした。この金パターンを施した基板を10
-6Pa台の真空中に導入し、200℃で1時間加熱処理
した。化学構造式1に示したビフェニルジエチニルをK
セルに充填し、これを加熱しビフェニルジエチニルを蒸
発させることによって、真空中に導入した上記基板表面
に分子線として照射した。基板温度は25℃とし、分子
線を照射している間、基板は面内方向に回転した。基板
面法線方向からの分子線入射角度は30゜とし、堆積速
度は10nm/minとした。蒸着を行っている間、真
空度は10-4Pa台であった。上記、蒸着プロセスによ
って、ビフェニルジエチニル薄膜は金パターン上ならび
に一対の金パターン間に形成された。
First, in the first step, a line-shaped gold pattern was formed on the mirror-polished surface (100) of the silicon wafer substrate by a usual photolithography method. The typical size of the gold pattern was 0.5 mm in length, 0.5 μm in width, and 2 μm in height, and the distance between the pair of gold patterns was 2 μm. This gold-patterned substrate is
It was introduced into a vacuum of the order of -6 Pa and heat-treated at 200 ° C. for 1 hour. The biphenyldiethynyl shown in Chemical Formula 1 is converted to K
The cell was filled and heated to evaporate biphenyldiethynyl, so that the surface of the substrate introduced in vacuum was irradiated as a molecular beam. The substrate temperature was set to 25 ° C., and the substrate was rotated in the in-plane direction during irradiation with the molecular beam. The incident angle of the molecular beam from the normal direction of the substrate surface was 30 °, and the deposition rate was 10 nm / min. During the vapor deposition, the degree of vacuum was on the order of 10 -4 Pa. By the above-mentioned vapor deposition process, the biphenyldiethynyl thin film was formed on the gold pattern and between the pair of gold patterns.

【0088】これは、基板温度25℃で、上記堆積速度
の場合、ビフェニルジエチニルの蒸気圧が高いため、基
板表面には付着せず金のみに付着したためと考えられ
る。また、金パターン上のみならず金パターンの側壁に
もビフェニルジエチニル分子が吸着、結晶成長し、金パ
ターン間の基板表面上をビフェニルジエチニル薄膜が覆
ったものと推測される。得られた薄膜パターンをFT−
IRスペクトルにおける、分子長軸に対して垂直に遷移
双極子モーメントを持つ808cm-1のベンゼン環のC
H面外変角振動による吸収と、分子長軸に対して平行に
遷移双極子モーメントを持つ1477cm-1のエチニル
基のCH伸縮振動の吸収を比較することによって分子配
向を調べた。その結果、この実施例での薄膜パターン
は、ベンゼン環のCH面外変角振動による吸収強度に対
するエチニル基のCH伸縮振動の吸収強度が、分子方向
がランダムであるKBr錠剤法で測定した場合の0.5
83に比べて1.93と大きくなっていた。このこと
は、薄膜パターンを構成しているビフェニルジエチニル
分子の長軸が基板に対して平行に配向していることを示
している。
This is presumably because at the substrate temperature of 25 ° C. and at the above-mentioned deposition rate, the vapor pressure of biphenyldiethynyl was so high that it did not adhere to the substrate surface but adhered only to gold. It is also presumed that biphenyldiethynyl molecules were adsorbed and crystal-grown not only on the gold pattern but also on the side walls of the gold pattern, and the biphenyldiethynyl thin film covered the substrate surface between the gold patterns. FT-
In the IR spectrum, the C of the benzene ring at 808 cm -1 having a transition dipole moment perpendicular to the long axis of the molecule.
The molecular orientation was investigated by comparing the absorption due to H-plane out-of-plane bending vibration and the absorption of the CH stretching vibration of an ethynyl group at 1477 cm -1 having a transition dipole moment parallel to the molecular long axis. As a result, the thin film pattern in this example shows that the absorption intensity of the CH stretching vibration of the ethynyl group with respect to the absorption intensity due to the CH out-of-plane bending vibration of the benzene ring was measured by the KBr tablet method in which the molecular direction was random. 0.5
It was 1.93 larger than 83. This indicates that the major axis of the biphenyldiethynyl molecule constituting the thin film pattern is oriented parallel to the substrate.

【0089】実施例18.ここでは、実施例16に関す
るより具体的な実施例を示す。この実施例は、有機薄膜
を利用したデバイス製造工程において、有機薄膜のパタ
ーニングを必要としない、簡単なプロセスを与えるもの
である。まず、無アルカリガラスウエハー上にクロムパ
ターンを通常の蒸着法およびフォトリソグラフィーによ
って作製した。クロムパターンの幅は5μm、厚さは5
0nmである。この上に、Ar/O2ガス雰囲気でのス
パッタ法でSiO2膜を形成した。こうして形成した基
板上に、第一の工程において上記実施例17と同様に、
通常のフォトリソグラフィー法により、ライン状の金パ
ターンを形成した。金パターンの代表的なサイズとし
て、長さ0.5mm、幅0.5μm、高さ2μmとし、一
対の金パターン間の距離は2μmとした。この金パター
ンを施した基板を10-6Pa台の真空中に導入し、20
0℃で1時間加熱処理した。
Embodiment 18 FIG. Here, a more specific embodiment of the sixteenth embodiment will be described. This embodiment provides a simple process that does not require patterning of an organic thin film in a device manufacturing process using the organic thin film. First, a chromium pattern was formed on a non-alkali glass wafer by ordinary vapor deposition and photolithography. The width of the chrome pattern is 5 μm and the thickness is 5
0 nm. An SiO 2 film was formed thereon by a sputtering method in an Ar / O 2 gas atmosphere. On the substrate thus formed, in the first step, as in Example 17 described above,
A line-shaped gold pattern was formed by a normal photolithography method. The typical size of the gold pattern was 0.5 mm in length, 0.5 μm in width, and 2 μm in height, and the distance between the pair of gold patterns was 2 μm. This gold-patterned substrate is introduced into a vacuum of the order of 10 −6 Pa,
Heat treatment was performed at 0 ° C. for 1 hour.

【0090】第二の工程として、昇華精製を2回行った
化学構造式7に示したニッケルフタロシアニンをKセル
に充填し、これを加熱してニッケルフタロシアニンを蒸
発させることによって、真空中に導入した上記基板表面
に分子線として照射した。
In the second step, the nickel phthalocyanine represented by the chemical structural formula 7, which was subjected to sublimation purification twice, was charged into a K cell, and heated to evaporate the nickel phthalocyanine, thereby introducing the nickel phthalocyanine into a vacuum. The surface of the substrate was irradiated as a molecular beam.

【0091】[0091]

【化7】 Embedded image

【0092】基板温度は200℃とし、分子線を照射し
ている間、基板は面内方向に回転した。基板面法線方向
からの分子線入射角度は30゜とした。蒸着を行ってい
る間、真空度は10-6Pa台であった。基板温度が20
0℃と高温であるため、基板表面にはニッケルフタロシ
アニン分子は付着せず、上記蒸着プロセスによって、ニ
ッケルフタロシアニン薄膜は金パターン上および一対の
金パターン間および金パターン側面にのみ形成された。
The substrate temperature was set to 200 ° C., and the substrate was rotated in the in-plane direction while the molecular beam was being irradiated. The molecular beam incident angle from the normal direction of the substrate surface was 30 °. During the deposition, the degree of vacuum was on the order of 10 -6 Pa. Substrate temperature is 20
Since the temperature was as high as 0 ° C., the nickel phthalocyanine molecules did not adhere to the substrate surface, and the nickel phthalocyanine thin film was formed only on the gold pattern, between the pair of gold patterns, and on the side surfaces of the gold pattern by the above-described vapor deposition process.

【0093】さらに、図16の断面図に示すような一対
の金パターン28aをソース・ドレイン電極とし、クロ
ムパターンをゲート電極31とすることにより、有機薄
膜パターン29であるニッケルフタロシアニンが半導体
として作用する電界効果トランジスタを基板30上に構
成した。この実施例で示したトランジスタは、SiO2
膜からなるゲート絶縁膜32を介してゲート電極31か
ら半導体に電界を印加する絶縁ゲート型トランジスタで
ある。ゲート電極31に負電圧を印加した場合、ソース
・ドレイン間を流れるチャネル電流が増加した。静的な
電気特性から求めたキャリヤ移動度は10-2cm2/V
secであった。
Further, by using a pair of gold patterns 28a as a source / drain electrode and a chromium pattern as a gate electrode 31 as shown in the sectional view of FIG. 16, nickel phthalocyanine which is an organic thin film pattern 29 functions as a semiconductor. The field effect transistor was formed on the substrate 30. The transistor shown in this embodiment is made of SiO 2
This is an insulated gate transistor in which an electric field is applied from a gate electrode 31 to a semiconductor via a gate insulating film 32 made of a film. When a negative voltage was applied to the gate electrode 31, the channel current flowing between the source and the drain increased. Carrier mobility determined from static electrical characteristics is 10 -2 cm 2 / V
sec.

【0094】実施例19.図17に示すように、第一の
工程として、走査トンネル顕微鏡(STM)および原子
間力顕微鏡(AFM)などに用いられている微細な探針
33を用いて、基板1上に薄膜マイクロパターン35を
形成する。基板1としては平滑であればどのようなもの
でも良く、サファイア結晶、石英、ガラス、アルカリハ
ライド結晶、シリコン、ゲルマニウム、GaAsなどの
化合物半導体、各種プラスチック、分子性結晶などの基
板が適用できる。また、上記基板上に、各種有機・無機
結晶薄膜あるいは両親媒性有機分子LB膜を形成したも
のでも良い。
Embodiment 19 FIG. As shown in FIG. 17, as a first step, a thin-film micro pattern 35 is formed on the substrate 1 by using a fine probe 33 used for a scanning tunneling microscope (STM), an atomic force microscope (AFM), or the like. To form As the substrate 1, any substrate may be used as long as it is smooth, and substrates such as sapphire crystal, quartz, glass, alkali halide crystals, compound semiconductors such as silicon, germanium, and GaAs, various plastics, and molecular crystals can be used. Also, various organic / inorganic crystal thin films or amphiphilic organic molecule LB films may be formed on the substrate.

【0095】第一の工程におけるマイクロパターンの形
成方法としては特に制限はないが、例えばSTM探針に
電圧を印加することにより、基板構成原子あるいは構成
分子を探針に吸着させ引き抜く、STM探針に電圧を印
加することにより基板構成原子あるいは構成分子をアブ
レートさせる、AFM探針を基板表面に近付け探針と基
板表面とに作用する引力により基板表面を構成する原子
あるいは分子を引き抜く、STMないしAFM探針を用
いて前述同様の手法にて基板全面に吸着させた原子ある
いは分子を引き抜く、あるいはSTMないしAFM探針
を用いて上述と同様の手法にて基板上に吸着させた原子
あるいは分子を移動させ所望の位置に配置させることな
どが挙げられる。
The method of forming the micropattern in the first step is not particularly limited. For example, by applying a voltage to the STM probe, atoms or constituent molecules constituting the substrate are adsorbed to the probe and pulled out. Atoms or constituent molecules of the substrate are ablated by applying a voltage to the substrate, an AFM probe is brought close to the surface of the substrate, and atoms or molecules constituting the substrate surface are pulled out by an attractive force acting on the probe and the substrate surface. Use a probe to pull out atoms or molecules adsorbed on the entire surface of the substrate using the same method as described above, or use an STM or AFM probe to move atoms or molecules adsorbed onto the substrate using the same method as described above. And disposing it at a desired position.

【0096】吸着分子あるいは両親媒性有機分子LB膜
を用いる場合は、有機薄膜作製時の基板加熱により真空
中に蒸発しないよう、不活性ガスあるいは空気中での加
熱あるいは光照射またはその両方によって分子間で反応
させ固定化することが好ましい。この固定化の場合、磁
場を用いても良い。第二の工程として、上記薄膜マイク
ロパターン35を形成した基板1上に、真空中で蒸発さ
せた有機分子2を照射する。このとき、マイクロパター
ン形成部以外の基板1表面上に有機分子2が付着しない
ように、有機分子供給速度あるいは基板温度またはその
両方を調整する。模式的に上記微小な探針33によって
基板1表面をエッチングし、微小な凹パターン34を形
成させる。
When the adsorbed molecule or the amphiphilic organic molecule LB film is used, the molecule is heated by an inert gas or air or light irradiation, or both, so that the substrate is not evaporated in vacuum by heating the substrate during the preparation of the organic thin film. It is preferable to allow the reaction to take place between them and to fix them. In the case of this fixing, a magnetic field may be used. As a second step, the substrate 1 on which the thin film micropattern 35 is formed is irradiated with the organic molecules 2 evaporated in a vacuum. At this time, the organic molecule supply speed and / or the substrate temperature are adjusted so that the organic molecules 2 do not adhere to the surface of the substrate 1 other than the micropattern forming portion. The surface of the substrate 1 is schematically etched by the minute probe 33 to form a minute concave pattern 34.

【0097】実施例20.ここでは、実施例19に関す
るより具体的な実施例を示す。第一の工程においてま
ず、化学構造式8で示されるポリ(メチルメタクリレー
ト)(PMMA)を金蒸着膜(膜厚200nm)でコー
トしたシリコン基板(100)上にスピンコートした。
Embodiment 20 FIG. Here, a more specific embodiment of the nineteenth embodiment will be described. In the first step, first, poly (methyl methacrylate) (PMMA) represented by the chemical structural formula 8 was spin-coated on a silicon substrate (100) coated with a gold vapor-deposited film (thickness: 200 nm).

【0098】[0098]

【化8】 Embedded image

【0099】PMMAのスピンコートは、0.5%クロ
ロベンゼン溶液から回転数2000rpm(回転)、6
0sec(秒)で行い、膜厚を20nmとした。スピン
コート後、PMMA膜を10-1Paの真空中で170℃
で加熱処理した。カンチレバー上にマウントしたAFM
の尖った探針を圧電アクチュエーターによりPMMA膜
に接触させた。探針とPMMA膜の原子間力はカンチレ
バー上部からの反射レーザー光を検出することによって
測定した。探針とPMMA膜に働く斥力は、ピエゾアク
チュエーターのフィードバック制御により10-20nN
に保持した。探針として、窒化シリコンで構成され、こ
れに金を50nmコートしたものを用いた。
The spin coating of PMMA was carried out from a 0.5% chlorobenzene solution at 2000 rpm (rotation), 6 rpm.
This was performed in 0 sec (second), and the film thickness was set to 20 nm. After spin coating, the PMMA film was heated at 170 ° C. in a vacuum of 10 −1 Pa.
Was heated. AFM mounted on a cantilever
The pointed probe was brought into contact with the PMMA film by a piezoelectric actuator. The atomic force between the probe and the PMMA film was measured by detecting reflected laser light from above the cantilever. The repulsive force acting on the probe and the PMMA film is 10 -20 nN by feedback control of the piezo actuator.
Held. A probe made of silicon nitride and coated with 50 nm of gold was used as a probe.

【0100】金でコートされた探針とPMMA膜下の金
蒸着膜の間に、金蒸着膜に対して探針に直流電圧−10
V印加した。このときの電流は1−10pAであった。
このような状態で、探針をPMMA表面上の0.1μm
×0.1μmの領域を走査した。その後、メチルイソブ
チルケトンとイソプロピルアルコールの1:1溶液で現
像した。現像後、メタノールでリンスした後、乾燥空気
ブローにより乾燥させた。以上の操作により、0.1μ
m×0.1μmの領域に凹部を形成した。
Between the gold-coated probe and the gold-deposited film under the PMMA film, a DC voltage of -10 was applied to the probe against the gold-deposited film.
V was applied. The current at this time was 1-10 pA.
In such a state, the probe is set to 0.1 μm on the PMMA surface.
An area of × 0.1 μm was scanned. Thereafter, development was performed with a 1: 1 solution of methyl isobutyl ketone and isopropyl alcohol. After the development, the film was rinsed with methanol and dried by blowing dry air. By the above operation, 0.1μ
A concave portion was formed in an area of m × 0.1 μm.

【0101】次に第二の工程において、上記凹パターン
を有する基板を10-8Paに真空排気した真空チャンバ
ー内に設置した。Kセル中に充填した化学構造式6で示
されるバナジルフタロシアニンを加熱し、蒸発させ分子
線を基板に照射した。基板温度は200℃、堆積速度は
0.1nm/minとした。ここまでの構成は、図18
に示すようになる。図中、36はPMMAスピンコート
膜である。この実施例において、予め基板表面にミクロ
凹パターンを与えることによって、ミクロ凸パターン部
に選択的にバナジルフタロシアニンを形成することがで
きた。
Next, in the second step, the substrate having the concave pattern was set in a vacuum chamber evacuated to 10 −8 Pa. The vanadyl phthalocyanine represented by the chemical formula 6 filled in the K cell was heated and evaporated, and the molecular beam was irradiated on the substrate. The substrate temperature was 200 ° C., and the deposition rate was 0.1 nm / min. The configuration up to this point is shown in FIG.
It becomes as shown in. In the figure, 36 is a PMMA spin coat film. In this example, by providing a micro concave pattern on the substrate surface in advance, it was possible to selectively form vanadyl phthalocyanine in the micro convex pattern portion.

【0102】[0102]

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の請求項
第1項は、真空中で蒸発させた有機分子の吸着性が平滑
な基板表面に比べ高くなるよう形状の変化を伴う加工処
理を上記基板表面に施す第一の工程と、加工処理を施し
た基板に真空中で有機分子を供給して上記基板表面に薄
膜を形成させる第二の工程とを含むので、有機分子で構
成される薄膜の構造を制御することができ、高品質な薄
膜を与えることができるという効果を奏する。その結
果、高機能あるいは高性能な有機分子薄膜を提供でき
る。応用的な観点から、将来の光情報通信・光コンピュ
ータ・光情報処理分野における非線形光学効果を応用し
た光デバイス、光導波路、あるいはトランジスタ、光電
変換素子、発光ダイオード、分子素子などの電子デバイ
スのキーコンポーネントである薄膜の製造に利用するこ
とができるという効果も奏する。
As described above, the first aspect of the present invention relates to a processing process involving a change in shape such that the adsorptivity of organic molecules evaporated in vacuum is higher than that of a smooth substrate surface. A thin film composed of organic molecules because it includes a first step of applying organic molecules in a vacuum to the processed substrate, and a second step of forming a thin film on the substrate surface. Has the effect of being able to control the structure of the substrate and to provide a high-quality thin film. As a result, a high-performance or high-performance organic molecular thin film can be provided. From an applied point of view, the key of optical devices, optical waveguides, or electronic devices such as transistors, photoelectric conversion elements, light-emitting diodes, and molecular elements that apply nonlinear optical effects in the future optical information communication, optical computer, and optical information processing fields It also has an effect that it can be used for manufacturing a thin film as a component.

【0103】この発明の請求項第2項は、第一の工程と
して、真空中で蒸発させた原子あるいは分子を付着させ
ることによってその蒸着物からなる粒子を基板表面に形
成し、第二の工程として、真空中で蒸発させた有機分子
の基板に対する供給速度または基板温度あるいはその両
方を調整することによって、上記粒子を中心に有機分子
を成長させ薄膜を形成させるので、結晶サイズ、膜の凝
集形態などが制御でき、膜構造制御あるいは膜の高品質
化が可能となるという効果を奏する。
A second aspect of the present invention is that, as a first step, atoms or molecules evaporated in a vacuum are adhered to form particles made of the deposit on the surface of the substrate. By adjusting the supply rate of the organic molecules evaporated in vacuum to the substrate and / or the substrate temperature, the organic molecules are grown around the particles to form a thin film. And the like can be controlled, and the effect that the film structure can be controlled or the quality of the film can be improved can be achieved.

【0104】この発明の請求項第3項は、第一の工程に
おける粒子を構成する蒸着物材料と、第二の工程におけ
る膜を形成する有機分子とが異なるので、薄膜構成分子
からなる核形成を抑えながら、結晶サイズ、膜の凝集形
態などが制御でき、より広範な条件下で高品質な膜が得
られるという効果を奏する。
The third aspect of the present invention is that the vapor deposition material constituting the particles in the first step and the organic molecules forming the film in the second step are different from each other. The crystal size, the aggregation form of the film, and the like can be controlled while suppressing the occurrence of a high-quality film under a wider range of conditions.

【0105】この発明の請求項第4項は、第一の工程と
して、光または光および磁場を与え光化学反応を施して
粒子を形成する、あるいは形成させた粒子に光または光
ならびに磁場を与えて光化学反応を施すので、薄膜構成
分子からなる核形成を抑えながら、結晶サイズ、膜の凝
集形態などが制御でき、より広範な条件下で高品質な膜
が得られるという効果を奏する。
A fourth aspect of the present invention is that, as the first step, light or light and a magnetic field are applied to form a particle by performing a photochemical reaction, or light or light and a magnetic field are applied to the formed particle. Since the photochemical reaction is performed, the crystal size, the aggregation form of the film, and the like can be controlled while suppressing the formation of nuclei composed of thin film constituent molecules, and an effect that a high-quality film can be obtained under a wider range of conditions is exerted.

【0106】この発明の請求項第5項は、第一の工程に
おける基板表面に粒子を形成させるために供給する少な
くとも一つの蒸発物をラジカル原子あるいはラジカル分
子とするので、薄膜構成分子からなる核形成を抑えなが
ら、結晶サイズ、膜の凝集形態などが制御でき、より広
範な条件下で高品質な膜が得られるという効果を奏す
る。
A fifth aspect of the present invention is that, since at least one evaporant supplied to form particles on the substrate surface in the first step is a radical atom or a radical molecule, a nucleus composed of thin film constituent molecules is used. The crystal size, the aggregation form of the film, and the like can be controlled while suppressing the formation, and an effect is obtained in that a high-quality film can be obtained under a wider range of conditions.

【0107】この発明の請求項第6項は、第一の工程と
して、基板表面上に付着させたサーモトロピックな液晶
性を示す化合物に磁場を印加することによりこの液晶性
化合物を特定方向に配向し、第二の工程として、上記液
晶性化合物上に有機分子からなる薄膜を形成することに
より有機分子の配向または結晶方位を所望の方向に配向
させるので、与える磁場により配向方向が制御された有
機化合物からなる高機能薄膜が得られるという効果を奏
する。
A sixth aspect of the present invention is that, as a first step, a magnetic field is applied to a compound having a thermotropic liquid crystal property attached on a substrate surface to orient the liquid crystal compound in a specific direction. Then, as a second step, since the orientation or crystal orientation of the organic molecules is oriented in a desired direction by forming a thin film made of organic molecules on the liquid crystal compound, the orientation direction is controlled by the applied magnetic field. This has the effect that a highly functional thin film made of a compound can be obtained.

【0108】この発明の請求項第7項は、平滑な基板表
面上の所望の位置に形状の変化を伴う加工を施す第一の
工程と、薄膜形成初期過程における有機分子の基板表面
での付着率と有機分子の選択加工部位の付着率の差が大
きくなるように有機分子供給速度あるいは基板温度また
はその両方を調整し、上記基板上における有機薄膜パタ
ーンの配置および形状を制御する第二の工程とを含むの
で、選択付着部位の付着力の違いにより結晶配列あるい
は分子配向あるいは基板表面上のパターンの形状と配置
が制御できるという効果を奏する。
A seventh step of the present invention is to provide a first step of processing a desired position on a smooth substrate surface with a change in shape, and a method of adhering organic molecules to a substrate surface in an initial stage of thin film formation. The second step of adjusting the organic molecule supply rate and / or the substrate temperature or both so as to increase the difference between the rate of adhesion and the adhesion rate of the organic molecules at the selectively processed portion, and controlling the arrangement and shape of the organic thin film pattern on the substrate Therefore, there is an effect that the crystal arrangement or molecular orientation or the shape and arrangement of the pattern on the substrate surface can be controlled by the difference in the adhesive force between the selective attachment sites.

【0109】この発明の請求項第8項は、第一の工程と
して、平滑な基板表面をエッチングして凹凸部を形成す
る、あるいは平滑な基板表面上に薄膜を形成しこの薄膜
をパターニングして凹凸部を形成し、第二の工程におい
て、有機分子供給速度あるいは基板温度またはその両方
を調整して上記凹凸部のうち凸部の側面より有機分子を
特定方向に結晶成長させるので、凹凸部の構成により所
望の方向に結晶成長した薄膜パターンを直接与えること
ができるという効果を奏する。
According to an eighth aspect of the present invention, as a first step, a smooth substrate surface is etched to form an uneven portion, or a thin film is formed on a smooth substrate surface and the thin film is patterned. Forming the irregularities, in the second step, adjusting the organic molecule supply rate or the substrate temperature or both, and growing organic molecules in a specific direction from the side surfaces of the convexities in the irregularities. According to the configuration, there is an effect that a thin film pattern having a crystal grown in a desired direction can be directly provided.

【0110】この発明の請求項第9項は、第一の工程と
して、平滑な基板表面上にこの基板と異なる材料からな
る薄膜を形成し、この薄膜をパターニングして凸部を形
成し、第二の工程において、有機分子供給速度または基
板温度あるいはその両方を調整し上記凸部側壁に選択的
に有機分子を付着させ、分子配向を制御するので、従来
法では得られない分子配向あるいは結晶配列が得られる
という効果を奏する。
In a ninth aspect of the present invention, as a first step, a thin film made of a material different from that of the substrate is formed on a smooth substrate surface, and the thin film is patterned to form a projection. In the second step, the organic molecule supply rate and / or the substrate temperature are adjusted to selectively attach the organic molecules to the side walls of the projections and control the molecular orientation. Is obtained.

【0111】この発明の請求項第10項は、第一の工程
として、走査型トンネル顕微鏡あるいは原子間力顕微鏡
などに用いられている微細な探針により形成する1μm
以下のサイズのマイクロパターンを形成し、第二の工程
として、有機分子供給速度または基板温度あるいはその
両方を調整し特定の位置に1μm以下のサイズの微小な
有機結晶を形成するので、微細な薄膜パターンを所望の
位置に配することができ、かつパターン中の分子配向あ
るいは結晶形状を制御することができるという効果を奏
する。
A tenth aspect of the present invention is that, as a first step, a 1 μm-sized probe formed by a fine probe used in a scanning tunneling microscope or an atomic force microscope or the like.
A micropattern of the following size is formed, and as a second step, a fine organic crystal having a size of 1 μm or less is formed at a specific position by adjusting the organic molecule supply rate and / or the substrate temperature, so that a fine thin film is formed. There is an effect that the pattern can be arranged at a desired position and the molecular orientation or crystal shape in the pattern can be controlled.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の実施例1〜3における第一の工程
で形状の変化を伴う加工処理(粒子状付着物の形成)を
施した基板の概略斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view of a substrate that has been subjected to a processing (formation of particulate matter) involving a change in shape in a first step in Examples 1 to 3 of the present invention.

【図2】 この発明の実施例1における第一の工程で形
状の変化を伴う加工処理(矩形状)を施した基板の概略
斜視図である。
FIG. 2 is a schematic perspective view of a substrate subjected to a processing (rectangular shape) accompanied by a change in shape in a first step in Embodiment 1 of the present invention.

【図3】 この発明の実施例1〜3において粒子状付着
物を形成した基板に有機分子が付着する状態を示す模式
図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which organic molecules adhere to a substrate on which particulate matter is formed in Examples 1 to 3 of the present invention.

【図4】 この発明の実施例1において矩形状加工を施
した基板に有機分子が付着する状態を示す模式図であ
る。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a state where organic molecules adhere to a substrate that has been subjected to rectangular processing in Example 1 of the present invention.

【図5】 従来の方法で製造した有機分子薄膜を示す模
式図である。
FIG. 5 is a schematic view showing an organic molecular thin film manufactured by a conventional method.

【図6】 この発明の実施例2において製造した有機分
子薄膜を示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic view showing an organic molecular thin film manufactured in Example 2 of the present invention.

【図7】 この発明の実施例2において製造した有機分
子薄膜を示す模式図である。
FIG. 7 is a schematic view showing an organic molecular thin film manufactured in Example 2 of the present invention.

【図8】 この発明の実施例6および7における第一の
工程で有機金属または有機分子供給時に光または磁場あ
るいはその両方を与えたときの粒子の形成状態を示す模
式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a state of particle formation when light and / or a magnetic field is applied at the time of supplying an organic metal or organic molecule in the first step in Examples 6 and 7 of the present invention.

【図9】 この発明の実施例6および7における第一の
工程で有機金属または有機分子供給時に形成した粒子に
光または磁場あるいはその両方を与えたときの粒子の形
成状態を示す模式図である。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a particle formation state when light and / or a magnetic field is applied to particles formed at the time of supplying an organometallic or organic molecule in the first step in Examples 6 and 7 of the present invention. .

【図10】 この発明の実施例8および9における第一
の工程で少なくともひとつの供給材料がラジカルである
場合に使用する装置の概略図である。
FIG. 10 is a schematic view of an apparatus used when at least one feed material is a radical in the first step in Examples 8 and 9 of the present invention.

【図11】 この発明の実施例10および11における
第一の工程で基板表面上の液晶分子に磁場を与える場合
に使用する装置の概略図である。
FIG. 11 is a schematic view of an apparatus used when applying a magnetic field to liquid crystal molecules on a substrate surface in a first step in Examples 10 and 11 of the present invention.

【図12】 この発明の実施例12および13における
矩形状加工を施した基板上で第二の工程により有機分子
を供給して有機分子薄膜パターンを形成する状態を示す
模式図である。
FIG. 12 is a schematic diagram showing a state in which organic molecules are supplied in a second step to form an organic molecular thin film pattern on a substrate which has been subjected to rectangular processing in Examples 12 and 13 of the present invention.

【図13】 この発明の実施例14および15における
単結晶基板上に第二の工程で有機分子を供給して有機分
子薄膜パターン結晶を形成する状態を示す模式図であ
る。
FIG. 13 is a schematic diagram showing a state in which organic molecules are supplied on a single crystal substrate in a second step to form an organic molecular thin film pattern crystal in Examples 14 and 15 of the present invention.

【図14】 この発明の実施例14および15における
第一の工程で基板結晶軸方向に対する方向を調整して矩
形状加工を行ったKCl基板上に、第二の工程で有機分
子薄膜パターンを形成する状態を示す模式図である。
FIG. 14 shows a second step of forming an organic molecular thin film pattern on a KCl substrate which has been subjected to rectangular processing by adjusting the direction with respect to the substrate crystal axis direction in the first step in Examples 14 and 15 of the present invention. It is a schematic diagram which shows the state which performs.

【図15】 この発明の実施例16〜18における第一
の工程で基板に比べ有機分子の付着率が高い凸パターン
を形成した基板上に、第二の工程で配向制御して有機分
子薄膜パターンを形成する状態を示す模式図である。
FIG. 15 is a view showing an organic molecule thin film pattern formed by controlling the orientation in a second step on a substrate on which a convex pattern having a higher adhesion rate of organic molecules than a substrate is formed in a first step in Examples 16 to 18 of the present invention. FIG. 4 is a schematic view showing a state in which is formed.

【図16】 この発明の実施例16〜18におけるトラ
ンジスタ素子の概略断面図である。
FIG. 16 is a schematic sectional view of a transistor element in Examples 16 to 18 of the present invention.

【図17】 この発明の実施例19および20における
第一の工程で微小な探針で微細加工した基板上に、第二
の工程で有機分子薄膜パターンを形成する状態を示す模
式図である。
FIG. 17 is a schematic diagram showing a state in which an organic molecular thin film pattern is formed in a second step on a substrate finely processed by a fine probe in a first step in Examples 19 and 20 of the present invention.

【図18】 この発明の実施例19および20において
PMMAを塗布したのち第一の工程にて微小な探針で微
細加工した基板上に、第二の工程で有機分子薄膜パター
ンを形成する状態を示す模式図である。
FIG. 18 shows a state in which an organic molecular thin film pattern is formed in a second step on a substrate finely processed by a fine probe in a first step after applying PMMA in Examples 19 and 20 of the present invention. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板、2 粒子、3 凸パターン、4 凹パター
ン、5 有機分子、6不均質ないし不連続な有機分子薄
膜、7 均質ないし連続な有機分子薄膜、8大きな単結
晶から構成される有機分子薄膜、9 粒子、10 有機
金属分子または有機分子、11 光化学反応後に生成し
た結合、12 反応活性種、13 有機分子、14 真
空槽、15 反応活性種発生装置、16、17 セル、
18マグネット、19 液晶分子、20 有機分子、2
1 有機薄膜パターン、22単結晶基板、23 有機分
子結晶薄膜パターン、24 KCl単結晶基板、25、
26 レジストパターン、27 分子結晶薄膜パター
ン、28 凸パターン、28a Auパターン、29
有機薄膜パターン、30 基板、31 ゲート電極、3
2 ゲート絶縁膜、33 探針、34 凹パターン、3
5 薄膜マイクロパターン、36 PMMAスピンコー
ト膜。
1 substrate, 2 particles, 3 convex pattern, 4 concave pattern, 5 organic molecules, 6 heterogeneous or discontinuous organic molecular thin film, 7 homogeneous or continuous organic molecular thin film, 8 organic molecular thin film composed of large single crystal, 9 particles, 10 organometallic molecules or organic molecules, 11 bonds formed after photochemical reaction, 12 reactive species, 13 organic molecules, 14 vacuum chamber, 15 reactive species generator, 16, 17 cell,
18 magnets, 19 liquid crystal molecules, 20 organic molecules, 2
1 organic thin film pattern, 22 single crystal substrate, 23 organic molecular crystal thin film pattern, 24 KCl single crystal substrate, 25,
26 resist pattern, 27 molecular crystal thin film pattern, 28 convex pattern, 28a Au pattern, 29
Organic thin film pattern, 30 substrates, 31 gate electrode, 3
2 gate insulating film, 33 probe, 34 concave pattern, 3
5 Thin-film micropattern, 36 PMMA spin-coated film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜野 浩司 尼崎市塚口本町八丁目1番1号 三菱電 機株式会社 材料デバイス研究所内 (72)発明者 久保田 繁 尼崎市塚口本町八丁目1番1号 三菱電 機株式会社 材料デバイス研究所内 (56)参考文献 特開 平1−291224(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 14/58 C23C 16/00 - 16/56 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Koji Hamano, Inventor, Materials and Devices Research Laboratory 8-1-1 Tsukaguchi Honmachi, Amagasaki City (72) Inventor Shigeru Kubota 8-1-1, Tsukaguchi Honcho, Amagasaki City (56) References JP-A-1-291224 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C23C 14/00-14/58 C23C 16/00-16/56 JICST file (JOIS)

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 真空中で蒸発させた有機分子の吸着性が
平滑な基板表面に比べ高くなるような形状の変化を伴う
加工処理を上記基板表面に施す第一の工程と、 加工処理を施した基板に真空中で有機分子を供給して上
記基板表面に薄膜を形成させる第二の工程とを含むこと
を特徴とする有機分子の薄膜製造方法。
A first step of subjecting the surface of the substrate to a processing involving a change in shape such that the adsorptivity of organic molecules evaporated in a vacuum is higher than that of a smooth substrate surface; Supplying organic molecules to the substrate in a vacuum to form a thin film on the surface of the substrate.
【請求項2】 第一の工程として、真空中で蒸発させた
原子あるいは分子を付着させることによってその蒸着物
からなる粒子を基板表面に形成し、第二の工程として、
真空中で蒸発させた有機分子の基板に対する供給速度ま
たは基板温度あるいはその両方を調整することによっ
て、上記粒子を中心に有機分子を成長させ薄膜を形成さ
せることを特徴とする請求項第1項記載の有機分子の薄
膜製造方法。
2. As a first step, atoms or molecules evaporated in a vacuum are attached to form particles made of the deposit on a substrate surface. As a second step,
2. The method according to claim 1, wherein the thin film is formed by growing organic molecules around the particles by adjusting a supply rate of the organic molecules evaporated in a vacuum and / or a substrate temperature. Method for manufacturing organic molecule thin film.
【請求項3】 第一の工程における粒子を構成する蒸着
物材料と、第二の工程における膜を形成する有機分子と
が異なることを特徴とする請求項第2項記載の有機分子
の薄膜製造方法。
3. The method according to claim 2, wherein the vapor deposition material constituting the particles in the first step is different from the organic molecules forming the film in the second step. Method.
【請求項4】 第一の工程として、光または光および磁
場を与え光化学反応を施して粒子を形成する、あるいは
形成させた粒子に光または光ならびに磁場を与えて光化
学反応を施すことを特徴とする請求項第2項記載の有機
分子の薄膜製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the first step is to give light or light and a magnetic field to give a photochemical reaction to form particles, or to give light or light and a magnetic field to the formed particles to give a photochemical reaction. The method for producing a thin film of organic molecules according to claim 2.
【請求項5】 第一の工程における基板表面に粒子を形
成させるために供給する少なくとも一つの蒸発物は、ラ
ジカル原子あるいはラジカル分子であることを特徴とす
る請求項第2項記載の有機分子の薄膜製造方法。
5. The organic molecule according to claim 2, wherein at least one evaporant supplied to form particles on the substrate surface in the first step is a radical atom or a radical molecule. Thin film manufacturing method.
【請求項6】 第一の工程として、基板表面上に付着さ
せたサーモトロピックな液晶性を示す化合物に磁場を印
加することによりこの液晶性化合物を特定方向に配向
し、第二の工程として、上記液晶性化合物上に有機分子
からなる薄膜を形成することにより有機分子の配向また
は結晶方位を所望の方向に配向させることを特徴とする
請求項第1項記載の有機分子の薄膜製造方法。
6. As a first step, a liquid crystal compound is oriented in a specific direction by applying a magnetic field to a compound having a thermotropic liquid crystal property attached on a substrate surface. 2. The method according to claim 1, wherein the orientation or crystal orientation of the organic molecules is oriented in a desired direction by forming a thin film of the organic molecules on the liquid crystalline compound.
【請求項7】 平滑な基板表面上の所望の位置に形状の
変化を伴う加工を施す第一の工程と、 薄膜形成初期過程における有機分子の基板表面での付着
率と有機分子の選択加工部位の付着率の差が大きくなる
ように有機分子供給速度あるいは基板温度またはその両
方を調整し、上記基板上における有機薄膜パターンの配
置および形状を制御する第二の工程とを含むことを特徴
とする有機分子の薄膜パターン製造方法。
7. A first step of performing processing with a change in shape at a desired position on a smooth substrate surface, an adhesion rate of organic molecules on a substrate surface in an initial stage of thin film formation, and a selectively processed portion of organic molecules. And adjusting the organic molecule supply rate and / or the substrate temperature or both so that the difference in the adhesion rate becomes large, and including a second step of controlling the arrangement and shape of the organic thin film pattern on the substrate. A method for producing a thin film pattern of an organic molecule.
【請求項8】 第一の工程として、平滑な基板表面をエ
ッチングし凹凸部を形成する、あるいは平滑な基板表面
上に薄膜を形成してこの薄膜をパターニングして凹凸部
を形成し、第二の工程において、有機分子供給速度ある
いは基板温度またはその両方を調整して上記凹凸部のう
ち凸部の側面より有機分子を特定方向に結晶成長させる
ことを特徴とする請求項第7項記載の有機分子の薄膜パ
ターン製造方法。
8. As a first step, an uneven portion is formed by etching a smooth substrate surface, or a thin film is formed on a smooth substrate surface, and the thin film is patterned to form an uneven portion. 8. The method according to claim 7, wherein in the step (c), the organic molecule supply rate and / or the substrate temperature are adjusted so that the organic molecules grow in a specific direction from the side surface of the convex portion of the concave / convex portion. A method for producing a thin film pattern of a molecule.
【請求項9】 第一の工程として、平滑な基板表面上に
この基板と異なる材料からなる薄膜を形成し、この薄膜
をパターニングして凸部を形成し、第二の工程におい
て、有機分子供給速度または基板温度あるいはその両方
を調整し上記凸部側壁に選択的に有機分子を付着させ、
分子配向を制御することを特徴とする請求項第7項記載
の有機分子の薄膜パターン製造方法。
9. As a first step, a thin film made of a material different from that of the substrate is formed on a smooth substrate surface, and the thin film is patterned to form a convex portion. Adjusting the speed or the substrate temperature or both to selectively attach organic molecules to the convex side walls,
The method for producing a thin film pattern of an organic molecule according to claim 7, wherein the molecular orientation is controlled.
【請求項10】 第一の工程として、走査型トンネル顕
微鏡あるいは原子間力顕微鏡などに用いられている微細
な探針により1μm以下のサイズのマイクロパターンを
形成し、第二の工程として、有機分子供給速度または基
板温度あるいはその両方を調整し特定の位置に1μm以
下のサイズの微小な有機結晶を形成することを特徴とす
る請求項第7項記載の有機分子の薄膜パターン製造方
法。
10. As a first step, a micropattern having a size of 1 μm or less is formed by a fine probe used in a scanning tunneling microscope or an atomic force microscope. 8. The method according to claim 7, wherein a fine organic crystal having a size of 1 [mu] m or less is formed at a specific position by adjusting the supply speed and / or the substrate temperature.
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