JPS60211919A - 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、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、才なわちラングミュ
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５吏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］ 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
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、下地表面を酸化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指称する。そのよ
うな部材とし、では、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ＡＩ、　Ｔ
ａ、　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。

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１０ＯＡ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、ｌＯジュール／　ｃｒｔｒ２〜５　ｘ　１０４ジ
ユール／　Ｃｍ２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等の場合には酸素
を流しなからＡｒ、　Ａ１．　Ｉｎ、Ｓｉ等のイオンビ
ームで走査すると、酸化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
、より疎水性がつよくなる。また、ＡＩ、　Ｍｏ等の場
合には、酸素を流しなからＳｉ等のイオンビームで走査
すると、酸化や注入イオンによる組成変化がおこり、表
面が親水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、酸素を流しながら、表面をイ
オンで削ったり、あるいは酸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ｌＯ〜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、例工ばビニレン、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、ナンチ
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、アミン基、イミノ基、ヒドロキ
シル基、４級アミン基、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木性で
あり、一方後者Ω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
水性、疎水性を有ざず、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０機能性部分が疎水性部分の側にあるもの、例えば、
ｅレンに長鎖アルキルカルボン酸を結合したもの等、 ハ６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。

ガラス基板ｉ−ｔに真空蒸着法により、到達真空度Ｉ　
Ｘ　１０’　Ｔｏｒｒ、蒸着時真空度ＩＸＬＯ−５Ｔｏ
ｒｒ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、上記基板をイオンビーム装置中に置き、真空度１
ｘｌＯ°ｊＴｏｒｒにした後、酸素を下地表面部分に流
入し、Ｓｉのイオンビーム（濃度Ｉ　Ｘ　１０”　／　
ｃｍ２．加速電圧５０ｋｅＶ）を用いて下地表面をパタ
ーン状に走査した。

次に、ＬＢ法でアラキシン酸とメロシアニン誘導体（Ｉ
）を゛、１：５のモル比で混合し、前記混合物を１×１
０°３モル／ｌとなるようにクロロポルムに溶かした溶
液を用いて単分子累積膜を作成した。まず基板を水中に
浸めておき、上記混合材料を水面に展開した後、表面圧
　４０　ｄｙｎｅ／ａｍ、引き上げ速度３　ｃｍ／ｌｌ
１ｉｎにて３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振動を加えると約５分で、単
分子累積膜はＳｉのイオンビームにより変質した部分の
下地１−３上にのみ残り、ｌ−４上の単分子累積膜が剥
離して、第１図（ｄ）に示す様にパターンが形成された
。

以上のように、下地を酸化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・・・アルミニウム膜 １−３・・・下地改質部分 ■−４・・・下地非改質部分 ■−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 −４ 第１図 手続補正書（自発） 昭和５９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０６７５７８
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 （１００）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１６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 明細書節１１貞節１７行一般式（Ｉ） １ Ｃ＋ｓ　Ｈ３□　ＯＨ，、Ｃ０ＯＨＪをに補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも下地表面を酸化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。