JPS58111029A - ジアセチレン化合物累積膜の製造方法 - Google Patents

ジアセチレン化合物累積膜の製造方法

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JPS58111029A
JPS58111029A JP20800081A JP20800081A JPS58111029A JP S58111029 A JPS58111029 A JP S58111029A JP 20800081 A JP20800081 A JP 20800081A JP 20800081 A JP20800081 A JP 20800081A JP S58111029 A JPS58111029 A JP S58111029A
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土居 秀章
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輝夫 阪上
Kenichi Kokubu
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/025Non-macromolecular photopolymerisable compounds having carbon-to-carbon triple bonds, e.g. acetylenic compounds

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はジアセチレン化金物累積膜の製造方法に関する
。ざらに評しく述べると、pHをaiiilIした一定
龜度のアンモニヤ又はアンモニウムイオンを含む水溶液
を水相に使用し、ジアセチレン化合物の単分子層より累
積膜を製造する方法に関する。
集積回路や超集積回路を含む半尋体素子製造プロセスに
おいて回路及び素子の形状を形成するリソグラフィープ
ロセスはますます1賛となっている。かへるリソグラフ
ィーに使用されるレジスト材料としては、従来、ポリメ
チルメタクリレートのような主鎖切断型の高分子材料或
いは桂皮酸ビニルを導入したポリビニルアルコールの如
き架橋型の高分子材料が用いられてきた。
近時、レジスト材料の一つとして光電子効率が大でかつ
優れた解像力を有するものとしてジアセチレン化金物累
積膜が提案され、かへるジアセチレン化合物の累積膜は
レジスト材料のみならず、薄膜電気−光学ジノζイス、
電気−貴書デバイス。
圧・焦電デバイス等にも応用されているし特開昭56−
42229号公報1%開昭56−45220号公報)。
か〜るジアセチレン化合物の累積方法として、膜物質を
水面上に展開し、その展開膜を一定の表面圧で圧縮し単
分子aを形成しながら基板上に膜を移しとり累積膜を製
造するLangmuir −Blodgett法、水平
付着法、回転円筒法等(新実験化学−座第18巻、界面
とコロイド、498頁〜508頁、丸善株式会社)が用
いられている。たとえ、ばLangcnuir −Bl
odgstt法では次のようにして累積膜を製造する。
まずジアセチレン化合物を溶剤に溶解し、これを水相中
に展開しジアセチレン化合物を膜状に析出させる。次に
この析出物が水相上を自由に拡散【、て拡がりすぎない
ように仕切板(ノミリヤーと称する)を設けて展開面積
を111@L、て膜物質の集合状WAtfldHし、そ
の集合状態に対応し九表面圧(π)を優る。このノミリ
ヤーを動カル、展開面積を縮少tて膜物質の集合状態を
制御し、表面圧を徐々に上昇させ、累積膜の製造に適す
る表面圧(π)を設定することができる。本発明に用い
られるジアセチレン化合物の場合、累積膜の製造に適す
る表面圧はπ= 10 dyn7−〜55dア1である
。この範凹外であると累積移行比が悪くなり、膜#II
J貿の集合状態が不安定となり均一表面を有する累積膜
が得られず不適当となる。この表面圧を維持しながら靜
かに清浄な固体板を垂直に水中で上下させることにより
単分子膜が固体板上に移しとられ、これを繰返すことV
Cより累積膜が形成される。
この方法では水相に展−するジアセチレン化合物を単分
子膜として集合させることが1賛である。
ジアセチレン化合物の場合分子占有面積A(1分子が占
める水相表面積)はA = 20〜22 K”/mol
eculeに相当し、この分子占有面積下での累積を単
分子膜累積と称する。分子占有面積が単分子膜状態にな
い場合、例えばA = l O〜11 r/molec
uleになる2分子膜状態での累積は均一表面を有する
累積膜が得られにくく望ましくない。
上述の方法において、ジアセチレン化合物の単分子膜状
態で累#を膜を製造するために、水相としてLt”、 
(a”+等のアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イ
オン、又はその他の*輌イオンを含有する水相が使用さ
れてきた〔特開昭56−42229号公報、特開昭56
−45220号公@ ; J、 Polymer 5c
iences Polymer ChemistryW
dition第17巻、1651頁(1979年);C
o11oid and Polymer 5cienc
e第255巻、521頁(1977年) ; J、 P
olymer 5cince、 PolymerLet
ters Edition第16巻、205頁(197
8年)1水相にこのような金属イオンを含有する水溶液
を使用すると表面圧π=10〜’ 5 dyI/cmの
範囲でジアセチレン化合物はA = 20〜22 A 
/moleculeの単分子膜を生成し好適に累積膜を
生成することができる。しかし、このような金属イオン
を含有する水溶液を使用するとpH調節を行っても得ら
れる累積膜へのそれらの不純物の混入が避けられず、更
にはこれらの不純物金属イオンが半導体素子へ拡散した
り、灰化法でレジストを除去後も半導体素子表面に残留
してしまうので、レジスト材料へのそれらの不純物*属
イオンの混入は極力避ける必要がある。又、累積膜を電
気−光学デ、2イス等に使用する場合も、金属イオンの
混入は屈折率を変化させるため好ましくない。
一方Lx”t  Ca2+等のアルカリ金属イオン、ア
ルカリ土類金属イオン、又はその他の金属イオンを含有
しない純水を水相として使用した場合にはこれらの不純
物金属イオンの混入はさけられるが。
累積膜の製造に適する表面圧(π= 10 dyrVI
II〜35 d’In/cIn>を得るためKは分子占
有面積がA=10〜11 A”/mo1ecuxeにな
るまで圧縮しなければならず、L1+ 、 cd”+%
のアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、又は
その他の金属イオンを含有した水和の場合には可能であ
ったA=20〜22 A/a+olecule程度の単
分子層テノ累積はできなかった。しかも純水を水相にし
九場合には累積膜の製造に適する表面圧に圧縮した直後
では$積ができず、その表面圧を15〜20時間も維持
した後に始めて累積が可能となるため累積膜を製造する
のに要する時間がかかりすぎ極めて作業性が悪かった。
さらには純水を水相に用いて得られ九累積展を重合させ
た後に現像処理を行つ九場合、接着力が不充分で重合し
た累積膜が基板から一部剥離してしまう現象が見られた
。この現象は前記のフォトレジスト材料、薄膜光学的デ
バイス等へ応用する場合には極めて不都合であり改善が
望まれていた。
そこで本発明者らはアルカリ金属イオン、アルカリ土類
金属イオン、又はその他の金属イオンを含有しない水相
を用いて、それらのイオンを含ますに、単分子膜累積が
可t@になり、製造時間が短縮され、しかも基板との接
着力が強(なる累積膜の製造方法を研究し九結果、pH
が4〜11の範囲で一定濃度のアンモニヤ又はアンモニ
ウム塩水溶液を水相に使用することによりこの目的を達
成し侮ることを知り1本発明を完成するに到った。
以下、本発明を詳述する。
本発明におけるジアセチレン化合物とは分子内に共役な
ジアセチレン基−a=a−C=G−を★叱、を毒一つ以
上含み公知のLangmuir −Blodgett 
法、水平付着法、回転円筒法等により基板へ単分子膜を
累積できることが可能な膜物質を意味する。従ってこの
様な方法で累積が可能なジアセチレン化金物であれば%
に限定はされないが、具体的には一般式 %式% (ただし、at、nは共に0または正の整数で23≧m
+n≧15を満足する数値を示す)で表わされるジアセ
チレン化合物例えば10.12−トリコサジイン#Ic
)(a(c)12)e−a=C−c=c −(CHz)
s−C(M(、10、12−ヘンll コt14 y酸
CH3(CH2)□、−c=c−(E=(E−(CH2
)8−cooH。
10.12−へブタコサジイン酸0H3(OH2)13
−G−=0−G=EC−(CH2)8−GOO)1. 
10 、12−ノナコサジイン酸OHa (CH2)1
5−G=G−C=G −(CH2)6−000H等が用
いられ%VC1o、12−<ンタコサジイン酸が望まし
い。この様なジアセチレン化合物の純度は可能な限り高
純度の方が望ましく、不純物が混入していると優られ九
累積膜に欠陥部分を生じ。
期待される特性が発現しないことがある。具体的には1
0.12−−:ンタコサジイン酸の場合、差動走査型熱
量針(ノセーキンエルマー社製1B型→測定における融
点ピークの半値幅が0.5 dog以下であるのが望ま
しい。
この様なジアセチレン化合物を水相上、即ち気液界面上
に展開するわけであるが、ジアセチレン化合物を単独で
水相上に散布しても単分子膜にはならない。一般にはジ
アセチレン化合物を溶解できしかも水相とは相溶しない
有機溶媒にジアセチレン化合物を溶解した展開液を調整
する。そしてこの展開液をマイクロンリンジ様のもので
極く小量づつ水相上に静かに滴下させて極めて薄い展開
液相を水相上に作り上げ、溶媒蒸発後、展開表面積を縮
小して所望の表面圧を有する単分子膜を作成するのであ
る。従ってこの条件を満たす展開液であればどの様な有
機溶媒でも可能であり、又どの様な展開液濃度でも限定
はないが、10.12−ペンタコサジイン酸の場合には
適切な蒸発速度を持つ点から0.5〜2.0−一のクロ
ロホルム溶液を展開液とすることが好ましい。
本発明におけるジアセチレン累積膜を作成するのに使用
する基板は特に限定されないが、基板表面に界面活性物
質が付着していると、累積時に単分子膜を乱し良好な累
積膜ができなくなるので基板表面は清浄である必要があ
る。具体的には充分な表面洗浄を行い親水性表面を有す
るSl  ウェファ−、ガラス板、金属板、又はステア
リン酸鉄コート等により疎水化処理をしたガラス板、プ
ラスティク板等を使用することができる。
本発明で使用する累積装置は公知のLangmuir 
−Blodgett法、水平付着法1回転円筒法等で累
積することが可能な累積装置であり、表面圧を常にモニ
ターでき、しかも常に一定の表面圧を自動的に維持でき
る制御装置を備えていることが望ましい。具体的には協
和科学製の累積装置やLauda製の累積装置を用いる
ことができる。
本発明で使用する水相はアンモニア又はアンモニウムイ
オンを含む水溶液である。この水相中のアンモニア製置
又はアンモニウムイオン酸度は。
I X 10−’〜I X 10−”規定であることが
必要である。I X 10−’規定よりも希薄であると
本発明の特徴である単分子膜累積が不可能になり、1×
10−2規定よりも**であると後述する累積換移行止
が急くなり理想的な累積が不可能になる。特に、10.
12−−<ンタコサジイン酸の場合には5X10−4〜
2X10−”規定が望ましい。この水相のpHは4〜1
1であることが必要で、必要に応じて塩酸、酢酸の様な
酸またはピリジンの様な塩基を用いてpHを調節するこ
とができる。との水相のpHが4〜11の範囲にない場
合は累積移行比が悪くなり理想的な累積が不可能になる
。特に10.12−<ンタコナジイン酸の場合にはpH
= 9〜10.5が望ましい。この水相を調整するのに
用いる水は不純物や界面活性物質を含んでいない純水で
あることが望ましく、不純物や界面活性物質を含んでい
る水を用いて調整した水相を累積に使用すると、単分子
膜を乱したり、帰られた累積膜に不純物が混入したり、
欠陥部を有することKなる。具体的には純水製造装置や
蒸留装置から帰られる純水を用いることができる。又、
ある特殊な目的のためにとの水相中へ特定の目的Kかな
うドーパントを混ぜ、累積膜内にこのドーパントを混入
させるいわゆるP−ピングを累積膜製造時に行なうこと
も可能である。例えば増感剤として水溶性のアセトフェ
ノン酵導体t−ドーパy)として水相に混ぜる等もでき
る。
以上のようにアンモニヤ又はアンモニウム水溶液上に膜
状に展開されたジアセチレン化合物を徐々にノ2リヤー
を移動させることにより膜面積を圧縮し、累積膜の製造
に適する表面圧π=10〜55dyrVc、の範囲内で
選ばれた一定の表面圧(この表面圧を累積表面圧πCと
称する)において基板を垂直に上下させ単分子膜を基板
に移しとる。この場合、単分子膜が基板に移しとられる
と当然表面圧が低下するから、ノくリヤーを勧かし展開
膜面積を自動的に圧縮し表面圧低下分を補正してπCを
一定に維持する。この時、展開膜面積が縮少した分だけ
膜物質が基板に移行したと考えられる。この操作を繰返
すことによりジアセチレン化合物の累積膜を優ることが
できる。
以上の様な水相を用いてジアセチレン化合物を累積する
と、 Li中、 Gd”+等のアルカリ金属イオン、ア
ルカリ土類*−イオン、又はその他の金属イオンが混入
しないジアセチレン累積膜を優ることができ、しかも水
相が純水である場合には不可能であった単分子膜累積が
可能となった。さらには水相が純水である場合には、累
積膜の製造に適する表面圧(πc = 10 dyn/
〜55 dY”/ )K圧縮IILaR した後、その表面圧を一定にして15〜20時間維持し
た後でなくては、累積移行比が0〜0.2と極めて悪く
好ましい累積ができなかったが、本発明の水相の場合に
は累積膜の製造に適する表面圧に圧縮後、わずか1時間
程度その表面圧を一定に維持するだけでも累積移行比は
向上し、累積が可能となり、製造時間の大幅な短縮が実
現することになった。又、水相が純水である場合には累
積移行比は良くても0.7〜0.9であり必ずしも理想
的な累積とはならなかつ九が、本発明の水相を使用する
場合は累積移行比はtoであり理想的な累積に改善され
る。尚ここで使用する累積移行比とは下式で定義され累
積が理想的であるかどうかの指数となるものである。
理想的には基板の表面積と同面積の展開膜が基板に移行
するので累積移行比はtoとなるが、全く基板に移行せ
ず累積できない場合には累積移行比は0となる。一般に
累積移行比は0〜1.0の値をとり、この値が1.0に
近い程累積が理想的に行われたものと判断される。
以上、主とし、て垂直浸漬法であるLangmuir 
−Blodgett 法により説明したが、基板を水1
klK水平に置き単分子膜を付着させる水平付着法でも
、円筒の表面に単分子膜を付着させる回転円筒法でも本
発明のアンモニヤ又はアンモニウム水溶液を水相に使用
l、て同様の効果を優ることができる。
本発明により得られた基板上のジアセチレン化合物累積
膜は紫外線を照射することにより1合させてジアセチレ
ン化合物重合体験を作り、或いはマスキングして紫外線
を照射し部分的に1合させ。
未重合部分を除去して図形を作り、薄膜光学デバイスや
集積回路素子として使用する。この際、純水を水相とし
て使用した場合のように重合した累積膜が基板から一部
剥離する様な現象はみられず基板との接着力は良好であ
った。
以下本発明の理解を助けるために実施例を示すが、この
実施例はなんら本発明の範囲を制限するものではない。
実施例1 累積に用いるジアセチレン化合物として10゜12−ペ
ンタコサジイン酸(OH3((3H2)11 G=G−
C,;J3 (OH2)1000B )を高純度に精製
した。この精製物の差動走査型熱量針(パーキンエルマ
ー社製1B型)測定における融点ピークの半値幅は0.
5degであった。この精製物を1. OO”9/mL
eのクロロホルム溶液に調整し、水相上に展開する展開
液とした。水相にはミリポアR/Q  システム(日本
ミリポア・リミテッド製)により製造した純水1用いて
lX10−3規定のNH,OH水浴液を!l!1整して
用いた。こO水相はpH=10.2であった。協和科学
製フロート式累積膜作成装置のLangmuir  水
槽に上記のll]IlシたNH,OH水溶液を入れて水
相とし、前記展開液150μぷを水相上に展開しクロロ
ホルムを蒸発後、累積定表面圧πCが15 ”Vcrn
になる様にノ2リヤーを移動し膜面積を圧縮して単分子
膜を作成した。使用した10゜12−ペンタコサジイン
酸の量と膜面積から計算すると、コノ時の分子占有面積
A=22X”/moiecu1eであった。その後π(
=i5dyf)へ の一定圧K・維持しながら1時間放
置した後表面が充分清浄で親水性となっているガラス基
板を水中に靜かに垂直に上下させて単分子膜を基板表面
に移しとつ九。
膜の消費分だけバリヤーを移動させ、πC=15dyr
v、Lの一定圧に維持しながら、この操作を繰返して累
積膜を擾た。これらの操作はいずれも自動側−により自
動的に行った。累積移行比を計算により求めると1.0
であり、理想的な累積であることが判った。累積後に累
積膜の膜厚を溝尻光学製干渉顯WkfiIAを用いて測
定した。膜厚は約55OAであり一層の膜厚は約28A
であるので計算により約20層の累積であることが判っ
た。膜厚のバラツキは10%以内におさまっており、充
分均一な膜厚を得ることができた。さらには累積膜の表
面を観察しても表面性は良好で特にシワ、欠落、突起様
のものは見られず充分均一な表面であった。
実施例2 実施例1と同じ水相、累積膜作成装置、展開液を用いて
π(H=15(17n7−で単分子膜を作成した。
πc=15dY”z−の一定圧に自動制御しながら1時
間放置した後、ステアリン酸鉄を新実験化学講座1B、
界面とコロイ)”、P49B(丸善株式会社発行)K記
載の方法で表面にコートして充分な疎水性にしたガラス
基板へπC=15dyn/、lの一定圧で累積したとこ
ろ、累積移行比はtoであり理想的な累積であることが
わかった。累積後に累積膜の膜厚を酵尻光学製干渉l1
iI黴鏡を用いて測定し九ところ膜厚のバラツキは8%
以内におさまっており充分均一な111厚を優ることが
できた。さらには累積膜の表面も実施例1で得られ九累
積膜の表面と同様に良好であった。
実施例6 実施例1.2と同様な方法により表面が充分清浄で親水
性となっている2″φS1ウェファ−へ累積したところ
、累積移行比は1.0であり理想的な累積であることが
わかった。展辱のバラツキも8c6以内におさまってお
り充分均一な膜厚を舟ることができた。さらには累積膜
の表面は実施例1.2で優られた累積膜の表面と同様に
良好であった。
実施例4 実施例1.2.5で優られた各累積膜に東京光学機械株
式会社製、蛍光検査灯Fn−51St−用いて5C1l
の距離から波長254 nmめ紫外線を50分間照射し
累積膜を重合させた。その後エタノールに2分間浸漬さ
せ視像処理を行った。重合した累・積膜が基板から剥離
する様な現象は見られず基板との接着力が充分であるこ
とが判明した。
比較例1 実施例1で使用したのと同じ累積膜作成装置のLang
muir水槽にミリポアR/Q システムによる純水を
入れて水相とした。この水相はpH=6.4  であっ
た。実施例1で使用したのと同じ展開液150μ!を水
相上に展開しクロロホルム蒸発後、定表面圧(7jc 
)が15dyn/、になる様に圧縮したが、分子占有面
積(A)はi l K”/moleculeになってし
まい単分子膜にはなり得なかった。その後πC=15 
dy”7cmの一定圧に自動制御しながら1時間放置し
た後、実施例1と同様な親水性表面を持つガラス基板に
πc=i 5 d7n7−の一定圧で累積したが、累積
移行比は0−0.2であり良好な累積ではなく、膜厚の
ノミラツキも1(1以上で表面性も悪く不均一な表面の
累積膜しか得られなかつ九。
基板が実施例2と同様な疎水性ガラス、実施例5と同様
なS1ウェファ−を用いた場合でも累積移行比は0〜0
.5であり良好な累積ではなく、膜厚の、1ラツキも大
きく表面性の悪い累積膜しか帰られなかった。
比較例2 比較例1と同じ水相、同じ展開液を用いた。比較例1と
同様K 15 dYセル−圧縮し死後πC=15dyI
ll/−の一定圧に自動制御しながら18時間放置した
後比較例1と同様に親水性ガラス、疎水性ガラス、 S
1ウニ7アーに累積した。膜厚のバラツキ表面性は良好
であるものの累積移行比は0.7〜0.9であり、1.
OKはならず理想的な累積にはならなかった。
比較例6 実施例4と同様に比較例1,2で優られた各累積膜に波
長254 nmの紫外縁を60分間照射しfc彼、エタ
ノール4C2分間浸漬させ現像処理を行ったところ、重
合し九累積展が一部基板から剥離しているのが認められ
、基板との接着力が不充分であるのが判明した。
代理人 弁理士(8107)佐々木 清 隆(はか5名
) 手続補正書 昭和57年6月lz日 昭和56年特許願第 208000  号2、発明の名
称 ジアセチレン化合物累積膜OII造方法3、補正をする
者 事件との関係:特許出願人 名称   呉羽化学工業株式会社 IL’ =1(111y117m〜Ms41s/m)J
と惰止T’a。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、分子内に共役なジアセチレン基を1個以上含むジア
    セチレン化合物を水面上に展開し、その展開膜を一定の
    表面圧で圧縮しながら基板上に膜を移しとることにより
    累積膜を製造する方法において、pHが4〜11の範囲
    に調節された濃度I X 10−’〜I X 10−”
    規定のアンモニヤ又はアンモニウムイオンを含む水溶液
    な使用することを特徴とするジアセチレン化金物累積膜
    の製造方法。 2、ジアセチレン化合物が CH3(CH2)m−G=G−C:=C(CH2)n−
    C00H(九yしの、nは共KO又は正の整数で25≧
    m+n≧15を満足する数)の一般式で表わされる化合
    物である特許請求の範囲第1項記載のジアセチレン化金
    物累積膜の製造方法。
JP20800081A 1981-12-24 1981-12-24 ジアセチレン化合物累積膜の製造方法 Granted JPS58111029A (ja)

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