JPS60211927A - 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。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
ア争ブロジェット法（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、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昨“
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ガス雰囲気下で
Ｘ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、下地表面を酸化性ガス雰囲気下でＸ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　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、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、　Ｇｕ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、ＡＩ、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。

Ｘ線は波長が短いのでマスクを用いることにより　１０
０人〜１００ＯＡの密度でパターン形成が可能である。

Ｘ線による表面の改質を行なうためには、１０ジユール
／Ｃ１１２〜５ｘ１０４ジユールＩＣ１１２のエネルギ
ーが必要である。

Ｘ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ｍ　Ｓｉ、　Ｇｅ等の半導体の場合には酸素を流
しながらＸ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、
脂肪酸の場合には、酸素を流しながらＸ線で走査すると
、表面が改質されて疎水性が弱くなる。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、オキシイミツ
基、ジアゾニウム基、グアニジン基、ヒドラジン基、リ
ン酸基、ケイ酩基、アルミン酩基等が挙げられる。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
木性、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１機能性部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２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、５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−Ｌ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。

Ｓｉ（１００）基板１−１の表面にＬＢ法でアラキシン
酸の単分子累積膜１−２を形成し、下地を作成した。ア
ラキシン酸の単分子累積膜は、表面圧３０ｄｙｎｅ／ｃ
ｍ、引き上げ速度５　ｃｍ／＋＊ｉｎの形成条件で２層
積層した。

次に、前記下地を真空度１　ｘ　１０’　Ｔｏｒｒに置
き、酸素を導入し、波長ＩＡのＸ線をマスクを通し、１
００Ｊ　１ｃｍ　２で下地表面を走査した。走査部分１
−４のアラキシン酸の疎水基部分が変質し、第１図（Ｃ
）に示す様にパターンが形成された。

次にステアリン酸のクロロホルム溶液５ｘｌＯ−３ｍｏ
ｌ／ｌを用いてＬＢ法で単分子累積膜を形成した。ステ
アリン酸のクロロホルム溶液を水面に展開した後、表面
圧３５　ｄｙｎｅ／ｗｉｎ　、引き上げ速度は第１層目
は１．２　ｃｍ／＋ａｉｎ　、第２層目からは１０　ｃ
＋ａ／ｍｉｎにて１０層積層した。単分子累積膜１−５
は、１−４の部分には形成されず、１−３の部分のみに
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Ｘ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。

マスクを用いることによ“すＸ線で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、Ｘ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、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・・・Ｓｉ　（１００）基板 １−２、ｌ−５・・・単分子膜又は単分子累積膜１−３
・・・下地非改質部分 １−４・・・下地改質部分 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Ｘ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。