JPS60211827A - 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１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・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バイス等を作成す
る際の薄膜は公知の単分子累積法、ナなわちラングミュ
ア・プロジェット法（ＬＢ法）（新実験化学講座　１８
巻　４８８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（両親媒性のバランス
）が適度に保たれているとき５分子は水面で親水基を下
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、前述の如き各種デバイス
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、」
１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；々ターン形成方
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ガス算機とする
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電子線を
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
層される部材を相称する。そのような部材としては１例
えば、前述した各種の半導体デバイス等に用いられるカ
ラス、Ｓ　ｉ０２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層（所定のパターンに従って形成さ
れている）、例えばＡＩ、Ｔａ、　Ｗ、Ｉｎ、　Ｃｕ等
の蒸着メタル膜、シリコン、ゲルマニウム等ノアモルフ
ァス、多結晶あるいは単結晶半導体膜、５ｎ０２．　Ｉ
　Ｔ　Ｏ（Ｉｎ２０３＋５ｎ０２）等の導電性酸化物ガ
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
。

特に好ましくは、蒸着ＡＩ、　Ｉｎ膜、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。

本発明に用いる電子線は集束して用い、波長が短いので
、数１０〜数１０ＯＡの密度でパターン形成が可能であ
る。電子線による表面の改質を行なうためには、１０ジ
ユールＩＣ１１２〜５　ｘ　１０４ジユール／　ｃｍ２
のエネルギーが必要である。

電子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
しながら電子線で走査すると、表面が疎水性であったの
が親水性に変化したり、より親木性がつよくなる。また
、蒸着Ａ１１ｌｌの場合には、酸素を流しながら電子線
で走査すると、酸化されてより親木性がつよくなる。上
記の様に下地表面を改質することによってパターニング
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之れる。

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成要素として最も代表
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、ビニリデン、アセ
チレン等のオレフイン系炭化水素基、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、ビフェ
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構成し、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、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級アミン基、オキシアミノ基、オキシイミノ
基、ジアゾニみム基、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、−劣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）が同時に強い親水性（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、疎水性を有さす、上記の如き親木基、疎水基等を
導入することで、分子内に親木性部分と疎水性部位を構
成する分子、例えば、 イ０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０機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０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、二６機能性部分がなく、疎水性部
分と親水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ｌ、）がツクターンを更に鮮
明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図は示す方法にてパターンを形成した。

Ｓｉ（１００）基板１−１を下地とした。下地表４面を
電子ビーム照射装置に装填し、１　ｘ　１０４Ｔｏｒ’
ｒｍした後、酸素を下地表面部分に流入させ、表面で４
　Ｘ　１Ｏ−３Ｔｏｒｒの圧力に保ちながら、ｌ０ＫＶ
、０、ＩＡ、ビーム径ｌＯｕの電子ビームで走査して下
地表面を約１０ＯＡ酸化し、最小　５０騨巾のストライ
ブパターン１＼２を形成した。

次に、ＬＢ法で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ておき、アラキシン酸の単分
子膜を展開した後、表面圧　３０ｄｙｎｅ／ａｍ、引き
上げ速度５　ｃ＋ｓ／ｗｉｎにて１１重積層した。アラ
キシン酸の単分子累積膜１−４は、１−３の部分には形
成されず、１−２の部分のみにパターンに従って形成サ
レタ。

以上のように、下地を酸化性ガス雰囲気下で電子線を走
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。

電子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Ｓｉ集積回路への応用も可能である。ま
た、電子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・・・Ｓｉ　（１００）基板 １−２・・・下地改質部分 ■−３・・・下地非改質部分 １−４・・・単分子膜又は単分子累積膜特許出願人　キ
せノン株式会社 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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。