JPS60211826A - パタ−ン形成方法 - Google Patents

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】 ［技術分野］ 本発明は新規なパターン形成方法に関する。更に具体的
には、単分子膜又は単分子累積膜のパターンを、下地上
に形成する方法に関する。

［背景技術〕 従来、半導体技術分野並びに光学技術分野に於ける素材
利用はもっばら比較的取扱いが容易な無機物を対象にし
て進められてきた。これは有機化学分野の技術進展が無
機材料分野のそれに比べて著しく遅れていたことが一因
している。

しかしながら、最近の有機化学分野の技術進歩には目を
みはるものがあり、又、無機物対象の素材開発もほぼ限
界に近づいてきたといわれている。そこで無機物を凌ぐ
新しい機能素材としての機能性有機材料の開発が要望さ
れている。有機材料の利点は安価かつ製造容易であるこ
と、機能性に富むこと等である０反面、これまで劣ると
されてきた耐熱性、機械的強度に対しても、最近これを
克服した有機材料が次々に生まれている。このような技
術的背景のもとで、論理素子、メモリー素子、光電変換
素子等の集積回路デバイスやマイクロレンズ争アレイ、
光導波路等の光学デバイスの機能を荷う部分（主として
薄膜部分）の一部又は全部を従来の無機薄膜に代えて、
有機薄膜で構成しようという提案から、はては１個の有
機分子に論理素子やメモリ素子等の機能を持たせた分子
電子デバイスや生体関連物質からなる論理素子（例えば
バイオ・チップス）を作ろうという提案が最近、いくつ
かの研究機関により発表された。

かかる有機材料を用いて上記の各種デフへイス等を作成
する際の薄膜は公知の単分子累積法、すなわちラングミ
ュア・ブロジェ・シト法（ＬＢ法）（新実験化学講座　
１８巻　４９８頁〜５０７頁　丸蓋）によって形成する
ことができる。

ＬＢ法は、例えば分子内に親木基と疎水基を有する構造
の分子において、両者のバランス（両親媒性ツバランス
）が適度に保たれているとき、分子は水面で親木基を下
に向けて単分子の層になることを利用して単分子膜また
は単分子層の累積膜を作成する方法である。

ところで、このような単分子膜又は単分子累積膜に光導
電性等の各種の機能を持たせ、前述の如き各種デ／＜、
イス等を作成するためには、単分子膜又は単分子累積膜
の二次元的な配置を制御する必要がある。しかしながら
、上記の方法では単分子膜又は単分子累積膜が基体全面
に形成されるため、単分子膜又は単分子累積膜の二次元
的なパターニングは、特殊な光重合性を利用したリング
ラフィ応用のフォトレジストの場合を除いて、すなわち
単分子膜又は単分子累積膜を構成する分子がフォトレジ
ストとしての性状を有する場合を除いて制御できない欠
点があった。

［発明の開示］ 本発明の目的は、単分子膜又は単分子累積膜の二次元的
な配置を制御することが可能な新規なパターン形成方法
を提供することにある。

本発明の目的は、以下のパターン形成方法によって達成
される。

すなわち、少なくとも下地表面を酸化性カス雰囲気下で
光線を走査した後、単分子膜又は単分子累積膜を形成し
パターンを形成することを特徴とするパターン形成方法
によって達成される。

本発明では、下地表面を酸化性カス雰囲気下で光線を走
査させることにより改質する。ここで、下地とは、単分
子膜または単分子累積膜が所定のパターンに従って積層
される部材を指称する６そのような部材としては、例え
ば、前述した各種の半導体デバイス等に用いられるガラ
ス、　Ｓ　ｉ０７等の無機物からなる基板、ポリエチレ
ン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド等の有機
物からなる基板、Ａ１、Ｔａ、　Ｗ、Ｉｎ、　Ｃｕ等の
金属やこれらの合金等からなる基板、これ等の基板上に
設けられた各種のＭ（所定のパターンに従って形成され
ている）、例えばＡ１、Ｔａ、　Ｗ、　Ｉｎ、　Ｃｕ等
の蒸着メタル膜、シリコン、ゲルマニウム等のアモルフ
ァス、多結晶あるいは単結晶半導体膜、５ｎ０２　。

Ｉ　Ｔ　Ｏ（Ｉｎ２０３　＋５ｎ０２）等の導電性酸化
物カラス膜、等の分子性アモルファス半導体膜等が挙げ
られる。また、このような基板、膜、あるいは膜が積層
されている基板上に、更に単分子膜又は単分子累積膜等
が積層されている部位等も利用し得るものとして挙げら
れる６ 特に好ましくは、Ａ１、Ｉｎ等の蒸着メタル、シリコン
のアモルファス、多結晶あるいは単結晶半導体膜、単分
子膜又は単分子累積膜等が積層されている下地などが挙
げられる。

本発明に用いる光線は、可視光線、赤外線、紫外線のい
ずれであってもよい。光線は集束して用い、波長が短い
紫外線の場合には０．５〜０．２５−の密度で、他の光
線の場合には１．５〜０．７５μの密度でパターン形成
が可能である。光線による表面の改質を行なうためには
、０．００１ジユール／　ｃｍ２〜１００ジュール／　
０ｍ２のエネルギーが必要である。

光線による表面の改質は赤外、可視領域の光では、分子
の振動状態励起による基板温度の上昇を用いて、紫外領
域の光では、基板表面分子の電子励起による反応性の向
上を用いて行う。光線による表面の改質は、例えば、以
下のようにして行われる。Ｓｉ、　Ｇｅ等の半導体の場
合には酸素を流しながら光線で走査すると、表面が疎水
性であったのが親水性に変化したり、より疎水性がつよ
くなる。また、ＡＩ蒸着膜の場合には、＃素を流しなが
ら光線で走査すると、酸化されて、より親水性が強くな
る。上記の様に下地−表面を改質することによってパタ
一ニングを行い、形成されたパターンに従って単分子膜
又は単分子累積膜が下地上に形成される。本発明におけ
る単分子１１り又は単分子累積膜を構成する分子は、そ
の分子内に疎水性部分及び親水性部分を有する分子であ
れば広く使用可能である。

このような分子の疎水性部分の構Ｊ！ｔ、要素とじて最
も代表的なものはアルキル基であって、炭素数５〜３０
、好ましくは、炭素数１０〜２５の直鎖状あるいは分枝
状のものが使用しうる。疎水性部分を構成する基として
は、上記アルキル基の他、例えばビニレン、ヒニリデン
、アセチレン等のオレフィン系炭化水素基、フェニル、
ナフチル、アントラニル等の如き縮合多環フェニル基、
ヒフェニル、ターフェニル等の鎖状多環フェニル基等の
疎水基等が挙げられる。これらは各々単独であるいは組
合されて上記分子の疎水性部分を橘成し、分子の末端や
中間に位置する。

一方、親木性部分の構成要素として最も代表的なものは
、例えばカルボキシル基及びその金属塩並びにアミン塩
、スルホン酸基及びその金属塩並びにアミン塩、４スル
ホンアミド基、アミド基、アミノ基、イミノ基、ヒドロ
キシル基、４級アミ７基、オキシアミノ基、オキシイミ
ノ基、ジアゾニウム基、グアニジン基、ヒドラジン基、
リン酸基、ケイ酸基、アルミン酸基等が挙げられる。こ
れらも各々単独であるいは組合されて上記分子の親水性
部分を構成し、分子の末端や中間に位置する。

ここで、分子内に親水性部分及び疎水性部分を有すると
は、例えば分子が上記のような親木基及び疎水基の両者
を分子内に一つずつ有するか、又は分子内に一つ以上の
親水性基及び疎水基を有する場合には、分子全体の構成
においである部分が他の部分との関係において親木性で
あり、一方後者の部分は前者の部分との関係において疎
水性の関係を有することをいう。

本発明における単分子膜又は単分子累積膜を構成する分
子としては、下記の如き機能性を有することが所望され
る。

■所望の機能性を荷う部位、即ち機能性部分（例えばπ
電子系）が同時に強い親木性（又は強い疎水性）として
の性質を併有する分子、あるいは■機能性部分が特に親
水性、疎水性を有さず、上記の如き親木基、疎水基等を
導入することで、分子内に親水性部分と疎水性部位を構
成する分子、例えば、 ィ１機能性部分が親水性部分の側にあるもの、例えば、
光導電性を有する長鎖アルキル置換のメロシアニン色素
等、 口、ｍ能性部分が疎水性部分の側にあるもの、例えば、
ピレンに長鎖アルキルカルボン酸を結合したもの等、 ハ１機能性部分が中央付近、即ち疎水性部分と親水性部
分の中間にあるもの、例えば、アントラセン誘導体、ジ
アゾ色素の誘導体等、二９機能性部分がなく、疎水性部
分と親木性部分のみでできているもの、例えば、長鎖飽
和脂肪酸であるステアリン酸、アラキシン酸等が具体的
なものとして挙げられる。

特に好ましくは、長鎖アルキル置換のメロシアニン色素
、アントラセン誘導体、アラキシン酸などが挙げられる
。

なお、本発明においては、前記下地上に前記構成分子を
用いて単分子膜又は単分子累積膜を形成した後、超音波
振動を加えることを要しないがパターンを更に鮮引にす
るなどの目的で超音波振動を加えることを妨げるもので
はない。

本発明を更に具体的に説明するために、以下に実施例を
示す。

実施例１ 第１図に示す方法にてパターンを形成した。

カラス基板１−１に真空蒸着法により、到達真空度ｌＸ
１０°６Ｔｏｒｒ、蒸着時真空度１　ｘ　１０’　Ｔｏ
ｒｒにて、２０００Ａ厚にアルミニウム膜１−２を蒸着
し、下地を作成した。

次に、上記基板を酸素雰囲気中装置５．波長５１４０Ａ
のアルゴンレーザーを５０μ径に集光し。

０、ＯＩＪ　／ｃ＋ａ　２で下地表面を走査した。

次に、アラキシン酸のクロロホルム溶液を用いて、ＬＢ
法によりアラキシン酸の単分子累積膜を形成した。最初
に下地を水中に浸めでおき。

アラキシン酸の単分子膜を展開した後１表面圧２５ｄｙ
ｎｅ／ｃｍ　、引き上げ速度は、第１層目は、１．５ｃ
ｍ／ｓｉｎ、第２層目からは、１０　ｃｍ／ｆｆ１ｉｎ
にて下地を上下し、　２１重積層した。

アルゴンレーザーの走査により変質した部分の下地１−
３上にのみ単分子累積膜１−５が形成され、変質されな
かった部分１−４には単分子累積膜が形成されず、単分
子累積膜は第１図（ｄ）に示す様にパターンに従って形
成された。

以上のように、下地を酸化性ガス雰囲気下で光線を走査
して改質することにより、下地表面にパターン状に単分
子膜又は単分子累積膜を形成することが可能である。

光線を集光することにより微細なパターン形成が可能で
ある。従ってＳ】集積回路への応用も可能である。また
、光線の強さを変化させ、下地表面への単分子膜又は単
分子累積膜の付着力を変えたり、同時に単分子膜又は単
分子累積膜の構成分子として親木部分、疎水部分の強さ
の異なる分子を用いることによって、種種の分子による
二次元配置も可能である。また、これらの組合わせによ
り複雑な三次元構造のデバイスの製造も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のパターン形成方法の実施態様を示す
。 １−１・・・ガラス基板 １−２・・・アルミニウム膜 １−３・・・下地改質部分 ■−４・・・下地非改質部分 １−５・・・単分子膜又は単分子累積膜特許出願人　キ
ャノン株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも下地表面を酸化性ガス雰囲気下で光線を走査
   した後、単分子膜又は単分子累積膜を形成しパターンを
   形成することを特徴とするパターン形成方法。