JP3290745B2 - 単分子膜のパターン形成方法 - Google Patents
単分子膜のパターン形成方法Info
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- JP3290745B2 JP3290745B2 JP7425193A JP7425193A JP3290745B2 JP 3290745 B2 JP3290745 B2 JP 3290745B2 JP 7425193 A JP7425193 A JP 7425193A JP 7425193 A JP7425193 A JP 7425193A JP 3290745 B2 JP3290745 B2 JP 3290745B2
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明の超薄膜パターンの形成技
術に関し、さらに詳しくは、光電変換素子、メモリー、
センサー等の各種分子デバイスの製造に好適な分子レベ
ルのパターン形成技術ならびに分子レベルの表面制御技
術に関するものである。
術に関し、さらに詳しくは、光電変換素子、メモリー、
センサー等の各種分子デバイスの製造に好適な分子レベ
ルのパターン形成技術ならびに分子レベルの表面制御技
術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および解決しようとする課題】従来、有機
分子を基板上に規則的に配列し薄膜を形成する技術とし
ては、ラングミュアーブロージェット（ＬＢ膜）法や分
子線エピタキシー法等が知られている。これらの薄膜形
成技術は、（１）分子オーダーの有機超薄膜が得られる
こと、（２）分子配向及び分子配列の制御が可能である
こと、さらには（３）容易に異なる分子を交互に並べた
ヘテロ膜が可能である、などの特徴を有している。した
がって、これらの手法を利用することによって高い機能
性を有する超薄膜を形成することが可能である。
分子を基板上に規則的に配列し薄膜を形成する技術とし
ては、ラングミュアーブロージェット（ＬＢ膜）法や分
子線エピタキシー法等が知られている。これらの薄膜形
成技術は、（１）分子オーダーの有機超薄膜が得られる
こと、（２）分子配向及び分子配列の制御が可能である
こと、さらには（３）容易に異なる分子を交互に並べた
ヘテロ膜が可能である、などの特徴を有している。した
がって、これらの手法を利用することによって高い機能
性を有する超薄膜を形成することが可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の有機薄膜形成法
においては、規則正しく配列した単分子膜を基板に対し
て垂直方向に積層して膜組成を制御することは比較的容
易であり、また、異種分子を交互に配列したヘテロ膜を
形成することも可能であるが、同一基板平面上に異なる
種類の複数種類の分子膜を種類毎に所望パターン状に形
成することは困難である。
においては、規則正しく配列した単分子膜を基板に対し
て垂直方向に積層して膜組成を制御することは比較的容
易であり、また、異種分子を交互に配列したヘテロ膜を
形成することも可能であるが、同一基板平面上に異なる
種類の複数種類の分子膜を種類毎に所望パターン状に形
成することは困難である。
【０００４】たとえば、従来法によって単分子膜のよう
な超薄膜をパターン状に形成するためには、パターン形
成しようとする分子中に重合性部位を導入して重合可能
分子の状態にしたのち、これを成膜し、次いでパターン
状に架橋させて現像するという従来のリソグラフィーの
手法によって所望パターンが形成される。したがって、
この方法では形成する薄膜が重合可能な物質に限定され
るという問題がある。
な超薄膜をパターン状に形成するためには、パターン形
成しようとする分子中に重合性部位を導入して重合可能
分子の状態にしたのち、これを成膜し、次いでパターン
状に架橋させて現像するという従来のリソグラフィーの
手法によって所望パターンが形成される。したがって、
この方法では形成する薄膜が重合可能な物質に限定され
るという問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上述した従来技
術に鑑みてなされたものであって、比較的簡便な方法に
よって基板上に所望パターンの単分子膜を形成する技
術、さらには複数種類の分子膜を種類毎に所望パターン
状に形成する方法を提供することを目的とするものであ
る。
術に鑑みてなされたものであって、比較的簡便な方法に
よって基板上に所望パターンの単分子膜を形成する技
術、さらには複数種類の分子膜を種類毎に所望パターン
状に形成する方法を提供することを目的とするものであ
る。
【０００６】すなわち、本発明による単分子膜のパター
ン形成方法は、少なくとも表面部分に酸化物層を有する
基板の表面にパターン形成材料によって所望のパターン
を形成し、次いで前記基板の表面にシランカップリング
剤を接触させるとともに基板表面上にパターン状に形成
されたパターン形成材料を除去すること（リフトオフ）
によって基板上に前記シランカップリング剤の化学修飾
によって得られた単分子膜を所望パターン状に形成する
ことを特徴とするものである。
ン形成方法は、少なくとも表面部分に酸化物層を有する
基板の表面にパターン形成材料によって所望のパターン
を形成し、次いで前記基板の表面にシランカップリング
剤を接触させるとともに基板表面上にパターン状に形成
されたパターン形成材料を除去すること（リフトオフ）
によって基板上に前記シランカップリング剤の化学修飾
によって得られた単分子膜を所望パターン状に形成する
ことを特徴とするものである。
【０００７】また、上記の方法によって単分子パターン
を形成した後に前記シランカップリング剤とは異なるシ
ランカップリング剤を基板上にさらに接触させて化学修
飾することにより、同一基板上に第２の単分子膜パター
ンを形成するようにしたことを特徴とするものである。
を形成した後に前記シランカップリング剤とは異なるシ
ランカップリング剤を基板上にさらに接触させて化学修
飾することにより、同一基板上に第２の単分子膜パター
ンを形成するようにしたことを特徴とするものである。
【０００８】また、複数種類のシランカップリング剤に
よる前記基板表面の化学修飾を種類毎に順次行うことに
よって、同一基板表面上に複数種類の単分子膜のパター
ンを形成するようにしたことを特徴とするものである。
よる前記基板表面の化学修飾を種類毎に順次行うことに
よって、同一基板表面上に複数種類の単分子膜のパター
ンを形成するようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】さらに本発明は、一般に、表面に化学的被
修飾部位を有する基板上に、この被修飾部位と反応して
結合を生じさせ得る化学修飾分子をパターン状に結合さ
せることによって、基板上に前記化学修飾分子からなる
単分子膜を所望パターン状に形成することを特徴とする
単分子膜のパターン形成方法を包含するものであり、さ
らに複数種類の化学修飾分子による前記基板表面の化学
修飾を種類毎に順次行うことによって、同一基板表面上
に複数種類の単分子膜のパターンを形成する方法を包含
するものである。
修飾部位を有する基板上に、この被修飾部位と反応して
結合を生じさせ得る化学修飾分子をパターン状に結合さ
せることによって、基板上に前記化学修飾分子からなる
単分子膜を所望パターン状に形成することを特徴とする
単分子膜のパターン形成方法を包含するものであり、さ
らに複数種類の化学修飾分子による前記基板表面の化学
修飾を種類毎に順次行うことによって、同一基板表面上
に複数種類の単分子膜のパターンを形成する方法を包含
するものである。
【００１０】上記方法においては、レジスト等のパター
ン形成材料によるパターニングとリフトオフを組み合わ
せたリソグラフィー法を用いて化学修飾分子毎の複数種
類のパターン形成を行うことができる。
ン形成材料によるパターニングとリフトオフを組み合わ
せたリソグラフィー法を用いて化学修飾分子毎の複数種
類のパターン形成を行うことができる。
【００１１】以下、添付図面を参照しながら本発明を具
体的に説明する。
体的に説明する。
【００１２】図１は本発明による単分子膜のパターン形
成法を説明する工程断面図である。まず、金属酸化物な
どの酸化物層２を最上表面に有する基板１上に、通常の
リソグラフィー工程にしたがって、パターン形成材料３
により、たとえば厚さ１０ｎｍないし１μｍ程度の金属
パターンあるいはレジストパターンを形成する（図１
（ａ））。次に、シランカップリング剤溶液中にパター
ン形成した基板を浸漬し、次いで、溶剤を用いて余分の
シランカップリング剤を洗い流して表面を乾燥させる
（図１（ｂ））。さらに、パターン形成材料が金属の場
合は当該金属のエッチャントあるいはレジストの場合は
レジスト剥離液によりこれらのパターンを除去する（リ
フトオフ）ことにより、基板表面に酸化物表面部分とシ
ランカップリングした部分がパターン状に形成され、上
記シランカップリグ剤の単分子のパターン４が形成され
る（図１（ｃ））。
成法を説明する工程断面図である。まず、金属酸化物な
どの酸化物層２を最上表面に有する基板１上に、通常の
リソグラフィー工程にしたがって、パターン形成材料３
により、たとえば厚さ１０ｎｍないし１μｍ程度の金属
パターンあるいはレジストパターンを形成する（図１
（ａ））。次に、シランカップリング剤溶液中にパター
ン形成した基板を浸漬し、次いで、溶剤を用いて余分の
シランカップリング剤を洗い流して表面を乾燥させる
（図１（ｂ））。さらに、パターン形成材料が金属の場
合は当該金属のエッチャントあるいはレジストの場合は
レジスト剥離液によりこれらのパターンを除去する（リ
フトオフ）ことにより、基板表面に酸化物表面部分とシ
ランカップリングした部分がパターン状に形成され、上
記シランカップリグ剤の単分子のパターン４が形成され
る（図１（ｃ））。
【００１３】次に、先に使用したものとは異なる種類の
シランカップリング剤５を用いて露出した酸化物層表面
を化学修飾することによって、同一平面上に２種類の単
分子膜を種類毎にパターン形成することが可能となる。
さらに、基板表面上に複数種類のシランカップリング剤
を種類毎に順次化学修飾させることによって、３種類以
上のシランカップリング剤の分子膜をパターン形成する
ことも可能である。
シランカップリング剤５を用いて露出した酸化物層表面
を化学修飾することによって、同一平面上に２種類の単
分子膜を種類毎にパターン形成することが可能となる。
さらに、基板表面上に複数種類のシランカップリング剤
を種類毎に順次化学修飾させることによって、３種類以
上のシランカップリング剤の分子膜をパターン形成する
ことも可能である。
【００１４】上述した方法においては、基板表面が酸化
物状態のものを使用するとともに、これとカップリング
する化学種としてシランカップリング剤を組み合わせて
使用したが、本発明は一般に、表面に化学的被修飾部位
を有する基板上に、この被修飾部位と反応して結合を生
じさせ得る化学修飾分子をパターン状に結合させること
によって、基板上に前記化学修飾分子からなる単分子膜
を所望パターン状に形成することを特徴とする単分子膜
のパターン形成方法を包含するものであり、さらに複数
種類の化学修飾分子による前記基板表面の化学修飾を種
類毎に順次行うことによって、同一基板表面上に複数種
類の単分子膜のパターンを形成する方法を包含するもの
である。
物状態のものを使用するとともに、これとカップリング
する化学種としてシランカップリング剤を組み合わせて
使用したが、本発明は一般に、表面に化学的被修飾部位
を有する基板上に、この被修飾部位と反応して結合を生
じさせ得る化学修飾分子をパターン状に結合させること
によって、基板上に前記化学修飾分子からなる単分子膜
を所望パターン状に形成することを特徴とする単分子膜
のパターン形成方法を包含するものであり、さらに複数
種類の化学修飾分子による前記基板表面の化学修飾を種
類毎に順次行うことによって、同一基板表面上に複数種
類の単分子膜のパターンを形成する方法を包含するもの
である。
【００１５】上記化学修飾分子の好ましい具体例として
は、シランカップリング剤が用いられ得るが、これは、
分子中にＳｉ−ＯＨ、Ｓｉ−ＯＭｅ、Ｓｉ−ＯＥｔ、Ｓ
ｉ−Ｃｌ基のような被修飾部位とカップリング可能な活
性部位を有するものを意味する。
は、シランカップリング剤が用いられ得るが、これは、
分子中にＳｉ−ＯＨ、Ｓｉ−ＯＭｅ、Ｓｉ−ＯＥｔ、Ｓ
ｉ−Ｃｌ基のような被修飾部位とカップリング可能な活
性部位を有するものを意味する。
【００１６】たとえば、このようなシランカップリング
剤は、図２に示されるように基板の酸化物層２表面を修
飾し、結合させるシランカップリング剤分子に応じた分
子膜を形成する。したがって、このような化学修飾分子
に所望の機能部位を導入することによって、所望の機能
を有する分子膜パターンを形成することも可能である。
例えば、導電性部位が導入された化学修飾分子を用いる
ことによって、絶縁基板上に単分子膜からなる微細導電
性パターンを形成することが可能である。
剤は、図２に示されるように基板の酸化物層２表面を修
飾し、結合させるシランカップリング剤分子に応じた分
子膜を形成する。したがって、このような化学修飾分子
に所望の機能部位を導入することによって、所望の機能
を有する分子膜パターンを形成することも可能である。
例えば、導電性部位が導入された化学修飾分子を用いる
ことによって、絶縁基板上に単分子膜からなる微細導電
性パターンを形成することが可能である。
【００１７】本発明で用いられる酸化層としては、ガラ
ス、石英、酸化ケイ素、塗布型シリコン酸化膜（スピン
オングラス：ＳＯＧ）、ＩＴＯ、酸化スズ、酸化チタ
ン、酸化クロム等の金属酸化物が用いられ得る。基板自
体がこれら酸化物層を構成していてもよく、またこれら
の酸化物層が基板表面に形成されたものを用いてもよ
い。
ス、石英、酸化ケイ素、塗布型シリコン酸化膜（スピン
オングラス：ＳＯＧ）、ＩＴＯ、酸化スズ、酸化チタ
ン、酸化クロム等の金属酸化物が用いられ得る。基板自
体がこれら酸化物層を構成していてもよく、またこれら
の酸化物層が基板表面に形成されたものを用いてもよ
い。
【００１８】また、金属の表面を酸化させてもよい。
【００１９】また、所望パターンを形成するためのパタ
ーン形成材料としては、クロム、アルミニウム、金等の
金属あるいは金属酸化物、またはノボラッククレゾー
ル、ポリビニルフェノールを含むレジスト、ＰＭＭＡ、
ＰＭＩＰＫ、ＰＢＳ等の高分子レジストが用いられ得
る。
ーン形成材料としては、クロム、アルミニウム、金等の
金属あるいは金属酸化物、またはノボラッククレゾー
ル、ポリビニルフェノールを含むレジスト、ＰＭＭＡ、
ＰＭＩＰＫ、ＰＢＳ等の高分子レジストが用いられ得
る。
【００２０】
【実施例】実施例１ 石英基板上にクロムを３０ｎｍスパッタリング法で成膜
し、電子線レジストＥＢＲ９（ＴＯＲＡＹ社製）を塗布
し、電子線にて描画し、現像、エッチング工程を経てク
ロムパターンを形成した。次にシランカップリング剤と
してオクタデシルトリメトキシシラン（溶媒：トルエ
ン）に上記基板を５分間室温下で浸漬した。次に、温度
７０度で１５分間加熱乾燥した。次にクロムのエッチャ
ントで基板上からクロムパターンを剥離して上記カップ
リング剤の単分子膜を形成した。形成された膜を原子間
力顕微鏡で確認したところ所望パターンの単分子膜が形
成されていることが確認された。実施例２ 石英基板上にクロムを３０ｎｍスパッタリング法で成膜
し、電子線レジストＥＢＲ９（ＴＯＲＡＹ社製）を塗布
し、電子線にて描画し、現像、エッチング工程を経てク
ロムパターンを形成した。次に、第１のシランカップリ
ング剤としてＣ18Ｈ37Ｓｉ（ＯＭｅ）3 溶液（溶媒：ト
ルエン）に基板を５分間室温で浸漬した。次にこれを温
度７０度で１５分間加熱乾燥した。次に、クロムのエッ
チャントでクロムパターンを剥離して第１の単分子膜を
形成した。次に、第２のシランカップリング剤としてＣ
8 Ｆ17Ｃ2 Ｈ5 Ｓｉ( ＯＥｔ）3 溶液（溶媒: １，３‐
ビストリフルオロメチルベンゼン）に基板を５分間室温
で浸漬した。次に、温度７０度で１５分間加熱乾燥し
た。形成された膜は原子間力および摩擦力顕微鏡によっ
て確認された。
し、電子線レジストＥＢＲ９（ＴＯＲＡＹ社製）を塗布
し、電子線にて描画し、現像、エッチング工程を経てク
ロムパターンを形成した。次にシランカップリング剤と
してオクタデシルトリメトキシシラン（溶媒：トルエ
ン）に上記基板を５分間室温下で浸漬した。次に、温度
７０度で１５分間加熱乾燥した。次にクロムのエッチャ
ントで基板上からクロムパターンを剥離して上記カップ
リング剤の単分子膜を形成した。形成された膜を原子間
力顕微鏡で確認したところ所望パターンの単分子膜が形
成されていることが確認された。実施例２ 石英基板上にクロムを３０ｎｍスパッタリング法で成膜
し、電子線レジストＥＢＲ９（ＴＯＲＡＹ社製）を塗布
し、電子線にて描画し、現像、エッチング工程を経てク
ロムパターンを形成した。次に、第１のシランカップリ
ング剤としてＣ18Ｈ37Ｓｉ（ＯＭｅ）3 溶液（溶媒：ト
ルエン）に基板を５分間室温で浸漬した。次にこれを温
度７０度で１５分間加熱乾燥した。次に、クロムのエッ
チャントでクロムパターンを剥離して第１の単分子膜を
形成した。次に、第２のシランカップリング剤としてＣ
8 Ｆ17Ｃ2 Ｈ5 Ｓｉ( ＯＥｔ）3 溶液（溶媒: １，３‐
ビストリフルオロメチルベンゼン）に基板を５分間室温
で浸漬した。次に、温度７０度で１５分間加熱乾燥し
た。形成された膜は原子間力および摩擦力顕微鏡によっ
て確認された。
【図１】本発明による単分子膜のパターン形成法を説明
する工程断面図。
する工程断面図。
【図２】基板表面が化学修飾される様子を説明する図。
１ 基板 ２ 酸化物層 ３ パターン形成材料 ４ 単分子膜パターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｇ０３Ｆ 7/38 ５１２ Ｇ０３Ｆ 7/38 ５１２ Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５７０ (56)参考文献 特開 昭60−173842（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−94041（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−180437（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−138254（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−96655（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G03F 7/40 G03F 7/38 G03F 7/26 H01L 21/027 B05D 7/24 301 C07F 7/04 C08J 5/18
Claims (8)
- 【請求項１】少なくとも表面部分に酸化物層を有する基
板の表面にパターン形成材料によって所望のパターンを
形成し、次いで前記基板の表面にシランカップリング剤
を接触させるとともに基板表面上にパターン状に形成さ
れたパターン形成材料を除去することによって基板上に
前記シランカップリング剤の化学修飾によって得られた
単分子膜を所望パターン状に形成し、その後前記シラン
カップリング剤とは異なるシランカップリング剤を前記
基板上にさらに接触させて化学修飾することにより、同
一基板上に第２の単分子膜パターンを形成することを特
徴とする、単分子膜のパターン形成方法。 - 【請求項２】少なくとも表面部分に酸化物層を有する基
板の表面にパターン形成材料によって所望のパターンを
形成し、次いで前記基板の表面にシランカップリング剤
を接触させるとともに基板表面上にパターン状に形成さ
れたパターン形成材料を除去することによって基板上に
前記シランカップリング剤の化学修飾によって得られた
単分子膜を所望パターン状に形成する単分子膜のパター
ン形成方法であって、複数種類のシランカップリング剤
による前記基板表面の化学修飾を種類毎に行うことによ
って、同一基板表面上に複数種類の単分子膜のパターン
を形成することを特徴とする、単分子膜のパターン形成
方法。 - 【請求項３】前記酸化物層が、ガラス、石英のような酸
化珪素およびＩＴＯ、酸化スズ、酸化チタン、酸化クロ
ムのような金属酸化物からなる群から選ばれた酸化物か
らなる、請求項１または２に記載の方法。 - 【請求項４】前記酸化物層が、金属の表面を酸化したも
のからなる、請求項１または２に記載の方法。 - 【請求項５】基板上の最上面層に、さらにスピンオング
ラス等の水酸基、メトキシ基、エトキシ基を有する高分
子層が形成されてなる、請求項１または２に記載の方
法。 - 【請求項６】前記シランカップリング剤を構成する分子
中に機能性部位が導入されてなる、請求項１または２に
記載の方法。 - 【請求項７】表面に化学的被修飾部位を有する基板上
に、前記化学的被修飾部位と反応して結合を生じさせ得
る化学修飾分子をパターン状に結合させることによっ
て、基板上に前記化学修飾分子からなる単分子膜を所望
パターン状に形成する方法であって、複数種類の化学修
飾分子による前記基板表面の化学修飾を種類毎に順次行
うことによって、同一基板表面上に複数種類の単分子膜
のパターンを形成するようにしたことを特徴とする、単
分子膜のパターン形成方法。 - 【請求項８】リソグラフィーを用いて前記化学修飾分子
のパターン形成を行うようにした請求項７に記載の方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7425193A JP3290745B2 (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 単分子膜のパターン形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7425193A JP3290745B2 (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 単分子膜のパターン形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06289627A JPH06289627A (ja) | 1994-10-18 |
| JP3290745B2 true JP3290745B2 (ja) | 2002-06-10 |
Family
ID=13541761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7425193A Expired - Lifetime JP3290745B2 (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 単分子膜のパターン形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3290745B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW570805B (en) | 1998-09-01 | 2004-01-11 | Hoffmann La Roche | Water-soluble pharmaceutical composition in an ionic complex |
| JP5003279B2 (ja) * | 2007-05-21 | 2012-08-15 | Ｊｓｒ株式会社 | 反転パターン形成方法 |
| JP5490071B2 (ja) * | 2011-09-12 | 2014-05-14 | 株式会社東芝 | エッチング方法 |
| US9868902B2 (en) | 2014-07-17 | 2018-01-16 | Soulbrain Co., Ltd. | Composition for etching |
-
1993
- 1993-03-31 JP JP7425193A patent/JP3290745B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06289627A (ja) | 1994-10-18 |
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