JPS60211933A - 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
ア拳プロジェット法（ＬＢｉｌＡ）（新実験化学講座　
１８巻　４８８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／ヘランス（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、特殊な光重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雰囲気ガス不存在下で
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
形成方法によって達成される。

［発明を実施するための最良の形８］ 本発明では、下地表面を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、５１０２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、Ｔ
ａ、　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、Ｔ
ａ、　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、多結晶するいは単結
晶半導体膜、５ｎ０２　、　Ｉ　Ｔｏ　（Ｉｎ２０３十
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、カラス基板、蒸着ＡＩ膜、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Ｈり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０．５〜０，２５μの密度で、他の光
線の場合には１．５〜０．７５μ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
、０．００１ジユ一ル／Ｃｍ２〜１００ジュール／Ｃｍ
２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。シリコン等の場合には、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
する。また、ＩＴＯの場合には、光線で走査すると、表
面が親水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がより強くなったり、
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、分子間力が大きく１１りが固
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ａ（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
記アルキノＣ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
、例えばカルホキ、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、ｆ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
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、 ０．１！能性部分が疎水性部分の側にあるもの、例えば
、ピレンに長鎖アル午ルカルポン酸を結合したもの等、 ハ、４！！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、二０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
。

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　２　ｃｍ／ｌ１ｉｎの形成条件で２
層積層した。

次に、波長５１４０Ａのアルゴンレーザーを２０μ径に
集光し、０．００５　Ｊ　／ｃｍ　２で下地表面を走査
した。走査部分１−４のアラキシン酸膜が変質して蒸発
し、第１図（’ｃ）に示す様にパターンが形成された。

次に、ＬＢ法でアラキシン酸とメロシアニンの誘導体の
単分子累積膜を形成した。アラキシン酸とメロシアニン
の誘導体（Ｉ）をｌ：ｌのｍｏｌ比で混合し、前記混合
物を１　ｘ　１０−３ｍｏｌ／ｌ　となるようクロロホ
ルムに溶かした溶液を水面に展開した後・表面圧　３０
　ｄｙｎｅ／＋ｉｉｎ　、引き上げ速度３ｃｍ／ｗｉｎ
にて４層積層した。次に出力１００Ｗの超音波発生装置
を用いて水中で超音波振動を加えると約５分で１−４の
部分の単分子累積膜は剥離して、１−３の部分のみに単
分子累積膜が残り第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、下地を光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。

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・・・Ｓｉ　（＋００）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Ｎノン株式会社 −４ 第１図 手続補正歯（自発） 昭和５８年７月　６日 特許庁長官　殿 １、事件の表示　昭和５９年　特許願　第０８７５９０
号２、発明の名称 パターン形成方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 （４００）キャノン株式会社 ４、代　理　人 住所　東京都港区赤坂１丁目９番２０号第１８興和ビル
８階 ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 明細書筒１２貞節１行一般式（Ｉ） に補正する。

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。