JPS60211836A - 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Ｊｔ体
的には、単分子１摸又は単分子累積膜のパターンを、ド
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ｊよ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。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向う部分（主とし
て１′４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ｎり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）を作ろうというノ！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７＋（ＬＢｉ＋Ａ）（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丁
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ｊ模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、特殊な光免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。

［発明の開示コ 本発明の（」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かＯｆ能な新規な〕くクーン形
成方法を提供することにある。

本発明のｌ」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、少なくとも上−地表面を還元性ガス雰囲気下
でイオンビームを走査し、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、下地表面を還元性ガス雰囲気下でイオンビ
ームを走査させることにより改質する。

ここで、下地とは、中分子膜または巾分子累４ｈ欣か所
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カラス、５ｉ０２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）１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、多結晶あるいは中結晶半導体
膜、５ｎ０７　、　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１１り等が挙げられる。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、カラス、ポリイミド、Ｉ　Ｔｏ、単分
子膜又は単分子累積膜等がｖｉ層されているド地などが
挙げられる。

本発明に用いるイオンビームは集束して用い、波長が短
いので、数１０〜数１００Ａの密度でパターン形成が可
能である。イオンビームによる表面の改質を行なうため
には、１０ジユール／　ｃｍ２〜５　ｘ　１０’ジユー
ル／ｃＩ０２のエネルギーが必要である。

イオンビームによる表面の改質は、例えば、以下のよう
にして行われる。例えば、Ｓｌ、Ｇｅ等の場合には水素
を流しなからＡｒ、　ＡＩ、Ｉｎ、Ｓｉ等のイオンビー
ムで走査すると、還元や注入イオンによる組成変化かお
こり、表面が疎水性であったのが親木性に変化したり、
より疎水性かつよくなる。また、ｊ　Ｔ　Ｏ等の場合に
は、水素を流しなからＳｌ等のイオンビームで走査する
と、還元や注入イオンによる組成変化がおこり、表面が
親木性であったのが疎水性に変化したり、より親木性が
つよくなる。その他、水素を流しながら、表面をイオン
で削ったり、あるいは水素とともに表面にあてられるイ
オンによって生じる表面の反応性の差異などを利用して
、表面の改質を行うこともできる。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、分子間力が犬きく膜が固体膜
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ｏｆ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稙ｆｌＵ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口ｆ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級アミノ基、オキシイミノ基、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、分子内に親木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、−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ａ膜を構成する分
子としては、ド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（２）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、！１１能性部方性部分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１例えば、アントラセン誘導体、ジ
アゾ色素の誘導体等、二８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、アラキシン酸なとが挙げられる
。

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。

ＩＴＯＩ−２が５００Ａの厚さで堆積しているカラス基
板１−１を下地とした。前記下地をイオンビーム装置中
に置き、真空度Ｉ　Ｘ　Ｉ　０−６Ｔｏｒｒにした後、
水素を下地表面部分に流入し、Ｓｌのイオンビーム（濃
度ｌＸｌ０Ｉ５／ｃｍ２　、加速電圧５０ｋｅＶ　）を
用いてパターン状に走査し、深さ３０Ａの変質層１−３
をｆ地上に形成した。

次に、アラキシン酸のクロロホルム溶液５　Ｘ　１０’
　ｍｏｌ　／　ｌを用いて、ＬＢ法によりアラキシン酸
単分子累積膜を形成した。アラキシン酸単分子累ａＭは
、まず下地を水中に浸めでおき膜を展開した後、表面圧
　４０　ｄｙｎｅ／ｃｍ、引き上げ速度２　ｃｍ／ｍｉ
ｎにて下地を上下し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を加えると約５分
で、Ｓ】のイオンビームと水素で変質した１−３部分の
単分子累積膜は剥離し、単分子累積膜１−５が１−４の
部分にのみに残り、第１図（Ｃ）に示す様かこパターン
が形成されｌこ　。

以」二のように、下地を還元性ガス雰囲気トでイオンビ
ーム走査により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膜ａｌｌｌを形成することが
可能である。

イオンビーム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、イオンビームの強さを変化させ、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
、植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／へイスの
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・・・カラス基板 １−２・・・ＩＴＯ １−３・・・下地改質部分 １−４・・・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還元性ガス雰囲気下でイオンビー
   ムを走査し、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。