JPS60211834A - 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藺する。更に具体的
には、単分子膜又は単分子累積膜のノくターンを、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、ｉ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・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、ばては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
バイオ金チップス）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　４９８頁〜５０７頁　丸首）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、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、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、特殊な光隻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。

［発四の開示］ 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、少なくともド地表面を雰囲気カス不存在下で
電子線を走査し、単分子膜又は単分子累積膜のパターン
を形成後、超音波振動を加え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、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】０２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、ＡＩ。

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　Ｔｏ　（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、あるいは膜が積層ぎれている基板上に、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、ガラス、５ｉ０２基板、蒸着Ａ１膜、
シリコンのアモルファス、多結晶あるいハｌｌ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＋ｏｏ　Ａ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、ｌＯ
ジュール／Ｃｍ２〜５Ｘ１０４ジュール／　ｃｒｎ２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。シリコン等の場合には、電ｒ−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する。また
、ＩＴＯの場合には、電子線で走査すると、表面が親木
性であったのが疎水性に変化する。あるいは両親媒性が
反転しないまでも親木性かより強くなったり、疎水性が
より強くなったりする。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」二に形成
される。

単分子膜又は単分子累積膜が下地上に形成された後、超
音波振動を加えることは、分子間力が大きく膜が固体膜
に近いときあるいは膜が薄いときに特に有効である。す
なわち、超音波振動を加えることにより微細なパターニ
ングが可能となる。

また、明瞭なパターンの形成が可能となる。超音波振動
を加えることは、エツチング工程を別に設けるよりも時
間の短縮も可能であるばかりではなく、エツチングが不
完全なことも生じない長所を有する。更に材料選択の範
囲もほとんど制限を受けない。

なお、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木性部分を
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校状のも
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、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、親水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７基、オキシアミノ基、オキシイミノ
基、ジアソニウム基、グアニジン基、ヒドラジン基、リ
ン酸基、ケイｍ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木性部
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
親木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、一方接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（力機能性部分が特に
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、分子内に親水性部分と疎水性部位を
構成する分子、例えば、 イ００機能性分が親木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８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木性部
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、二０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
。

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。

Ｓｉ（＋００）基板１−１上に熱酸化法で５ｉ０２膜１
−２を３０人形成し下地とした。下地表面を電子ビーム
照射装置に装填し、１ｘｌｏ°６Ｔｏｒｒにした後、ｌ
０ＫＶ、０．Ｉ　Ａ、ビーム径５ｐ（７）電子ヒ’　−
ムーｃ’走査して下地表面−＝ｔ４の５ｉ０２膜を蒸発
させ、最小５０μ巾のストライプパターン１−２を形成
した。次に、ＬＢ法で７ラキジン酸の草分ＦＩＡ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／ｃ
ｍ、引き上げ速度５　ａｍ／ｗｉｎにて５層積層した。

次に水中で出力１００Ｗの超音波装置を用いて超音波振
動を加えると約５分で１−４部分のアラキジン酸の単分
子累積膜は剥離して、１−３の部分のみにパターンに従
って形成された。

以上のように５下地を電子線で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１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・・・５ｉ０２膜 非 １−３・・・下ｉ負部分 １−４・・・下地鼻改質部分 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雰囲気ガス不存在下で電子線を走
   査し、単分子膜又は単分子累積膜のノくターンを形成後
   、超音波振動を加えることを特徴とするパターン形成方
   法。