JPS60211932A - 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めパターン
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、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・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（両親奴性のバランス
）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、特殊な光重合性を利用したりソグラフ
イ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
光線を走査し、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
形成方法にとって達成される。

［発明を実施するための最良の形態］ 本発明では、下地表面を酸化性ガス雰囲気下で光線を走
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？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、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、５１１０２　＋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Ａ１．　Ｉｎ１ｌｉ、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。

本発明に用いる光線は、可視光線、赤外線、紫外線のい
ずれであってもよい。光線は集束して用い、波長が短い
紫外線の場合には０．５〜０．２５ｕの密度で、他の光
線の場合には１，５〜０．７５ＩｉＩｍの密度でパター
ン形成が可能である。光線による表面の改質を行なうた
めには、ｏ、ｏｏｔジュール／　ｃｍ２〜１００ジュー
ル／ｃＩ１１２のエネルギーが必要である。

光線による表面の改質は赤外、可視領域の光では、分子
の振動状態励起による基板温度の上昇を用いて、紫外領
域の光では、基板表面分子の電子励起による反応性の向
上を用いて行う。光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から光線で走査すると、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、蒸着ＡＩ膜の場合には、酸素を流しなが
ら光線で走査すると、酸化されて、より親木性が５６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。

単分子膜又は単分子累積膜が下地」二に形成された後、
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、エンチングが不
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、イミノ基、ヒドロキ
シル基、４級アミン基、オキシアミ７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水性で
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
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、分子内に親水性部分と疎水性部位を構
成する分子、例えば、 イ８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９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１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、シ
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
、テントラセン誘導体、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。

ガラス基板１−１に真空蒸着法により、到達真空度１　
ｘ　１０’　Ｔｏｒｒ、蒸着時真空度１　ｘ　１０’　
Ｔｏｒｒにて、２０００Ａ厚にアルミニウム膜１−２を
蒸着し、下地を作成した。

次に、上記基板を酸素雰囲気中に置き、波長５１４ＯＡ
のアルゴンレーザーをｌＯ牌径に集光し、０．０１Ｊ　
／ｃｍ　２で下地表面を走査した。

次に、アラキシン酸のクロロホルム溶液を用いて、ＬＢ
法によりアラキシン酸の単分子累積膜を形成した。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　３５ｄｙｎｅ／ｃｍ、引き上げ速
度は、第１層目は、１．５ｃｍ／ｗｉｎ　、第２層目か
らは、４　ｃｍ／ｗｉｎにて下地を上下し、　２１重積
層した。

次に出力１００Ｗの超音波発生装置を用いて超音波振動
を約５分加えると、アルゴンレーザーの走査により変質
した部分の下地１−３上にのみ単分子累積膜１−５が残
り、変質されなかった部分１−４の単分子累積膜は剥離
され、単分子累積膜は第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光線を走査
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。

光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
、光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・・・ガラス基板 １−２・・・アルミニウム膜 １−３・・・下地改質部分 １−４・・・下地非改質部分

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光線を走査
   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１徴とするパターン形成方法
   。