JPS60211924A - 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
れでいる。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。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、すなわちラングミュ
アｅプロジェット法（ＬＢ法）（新実験化学講座　１８
巻　４９８頁〜５０７頁　先着）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７＜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Ｍ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１１りに
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、特殊な光重合性を利用したりソグ
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な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還元性カス雰囲気下で
イオンビームを走査した後、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、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、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）、例えばＡ１．Ｔａ、
　Ｗ、ｔｎ、　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　＋　５
ｎ０２　）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。

特に好ましくは、ガラス、ポリイミド、Ｉ　Ｔｏ、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。

本発明に用いるイオンビームは集束して用い、波長が短
いので、数１０〜数１００へ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ジユ一ル／ｃＩｍ２〜５　ｘ　１０４ジユー
ル／ｃＩＩ２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、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体の場合
には水素を流しながら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
成変化がおこり、表面が疎水性であったのが親水性に変
化したり、より疎水性が強くなる。また、ＩＴＯ等の場
合には、水素を流しなから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、より親水
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。

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７基、ヒドロキ
シル基、４級アミノ基、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水性で
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ζす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、あるしいは■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、分子内に親水性部分と疎水性部位を
構成する分子、例えば、 イ６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１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８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、二１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いがパ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ガラス基
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　１０’　Ｔｏｒｒにした後、水
素を下地表面部分に流入し、Ｓｉのイオンビーム（濃度
Ｉ　ＸＩＯＸ７ｃｍ２．加速電圧５０ｅＶ）を用いてパ
ターン状に走査し、深さ３０Ａの変質層１−３を下地上
に形成した。

次に、゛アラキシン酸のクロロホルム溶液５Ｘ１０−３
ｍｏｌ　／　１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。アラキシン酸の単分子累積膜
は、まず基板を水中に浸めておき７膜を展開した後、表
面圧　２５ｄｙｎｅ／ｃｍ　、引き上げ速度２　ｃｍ／
ｌｌ１ｎにて１５層積層した。アラキシン酸の単分子累
積膜１−５は、１−３の部分には形成されず、１−４の
部分にのみ第１図（Ｃ）に示す様にパターンに従って形
成された。

以上のように、下地を還元性ガス雰囲気下でイオンビー
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累積膜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・・・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。