(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外光を遮光する遮光パターンを有する基板上に形成された有機分子膜に前記基板を介して紫外光を照射することにより前記有機分子膜の一部を除去する工程を含み、
前記有機分子膜の膜厚は、３ｎｍ以下であり、
前記有機分子膜は、前記基板を構成する原子と結合しており、
前記有機分子膜はフルオロアルキル基を有すること、
を特徴とする有機分子膜パターンの製造方法。
【請求項２】
紫外光を遮光する遮光パターンを有する基板上に形成された有機分子膜に前記基板を介して紫外光を照射することにより前記遮光パターンがない部位に対応して形成された前記有機分子膜の一部を除去する工程を含み、
前記有機分子膜の膜厚は、３ｎｍ以下であり、
前記有機分子膜は、前記基板を構成する原子と結合しており、
前記有機分子膜はフルオロアルキル基を有すること、
を特徴とする有機分子膜パターンの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の有機分子膜パターンの製造方法において、
前記遮光パターンは、金属薄膜パターンからなることを特徴とする有機分子膜パターンの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の有機分子膜パターンの製造方法において、
前記有機分子膜は、自己組織化膜であることを特徴とする有機分子膜パターンの製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の有機分子膜パターンの製造方法において、
前記有機分子膜が、シラン系有機分子膜であることを特徴とする有機分子膜パターンの製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の有機分子膜パターンの製造方法において、
前記紫外光の波長が、２００ｎｍ以上、３８０ｎｍ以下の範囲にあることを特徴とする記載の有機分子膜パターンの製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の有機分子膜パターンの製造方法において、
前記基板が、石英あるいはガラスからなることを特徴とする有機分子膜パターンの製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の有機分子膜パターンの製造方法において、
前記紫外光を照射する前の前記有機分子膜は、前記基板の表面全体に形成されていることを特徴とする有機分子膜の製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の有機分子膜パターンの製造方法において、
前記有機分子膜は配向膜であること、
を特徴とする有機分子膜パターンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板表面に形成する有機分子膜パターンの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、機能性薄膜として、非常に多くの種類が実用化されている。例えば、半導体素子、ディスプレー、発光素子などへ適用されている。その中で、機能性薄膜は、配線、電極、絶縁層、発光層、光学薄膜などの用途に広く用いられている。通常、機能性薄膜のパターンニングは、フォトリソグラフィー法が用いられている。フォトリソグラフィーは、サブミクロンオーダーの高精細のパターンニングを可能とする。しかしながら、フォトリソグラフィーにおいては、パターンニングの工程数が多くなるという欠点がある。一般的、フォトリソグラフィーは次のような工程を経てパターンニングが行われる。まず、パターンニングを行う薄膜を基板全面に形成する。さらに、レジストコート、露光、現像、リンスなどを経てレジストパターンを形成する。その後に、レジストパターンをマスクとしてエッチングを行い不要な部分を除去して所望のパターン形状を得る。以上で述べたように、フォトリソグラフィーは非常に多くの工程を必要とする。
【０００３】
本発明者は、特願平11-262663号において、基材と、該基材上にアミノ基あるいはチオール基を有する有機化合物からなる極薄膜パターンと、該極薄膜パターンに基づいた層パターンを有する微細構造体を提案した。この極薄有機分子膜を利用したパターンニング方法は、レジストコート、現像、リンスなどの工程が不要となるため、パターンニングプロセスを簡便にする。さらに、エッチングが不要であるため、エッチング工程及びそれに伴う機能性薄膜へのダメージなどから開放されるという利点がある。
【０００４】
最近、基板表面に様々な官能基を有する有機分子を形成して、その表面特性の差を利用して選択的に機能性薄膜を形成する技術が確立されつつある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
複数の官能基を有する有機分子を基板上に形成する方法としては、あらかじめ清浄にした基板表面全体に第一の有機分子膜を形成し、所望の形状に第一の有機分子膜の一部を除去し、さらに、除去した領域にのみ第二の有機分子膜を形成するのが一般的である。３種類以上の官能基を有する有機分子膜を形成する場合には、さらに所望の形状に第一あるいは第二の有機分子膜を除去し、そこに、べつの有機分子膜を形成する。
【０００６】
有機分子膜、特に極薄の自己組織化膜の一部を除去する方法としては、様々な手法が提案されている。光、電子ビーム、Ｘ線、走査型プローブ顕微鏡の導電性プローブによる電界印加、などによりパターンニングが実証されている。中でも紫外光によるパターンニングは、フォトマスクを用いることができるため、一括で処理が可能であることから実用上好ましい。フォトマスクのパターンサイズをミクロンオーダーとすれば、そのパターンサイズの有機分子膜のパターンが得られることから、微細化したパターンを比較的簡便に得ることが可能となる。
【０００７】
しかしながら、フォトマスクを用いた有機分子膜のパターンニングを用いてデバイスを作製を行う場合、基板上に既に作製されているパターンとフォトマスクとの位置合わせを行う必要がある。その後、フォトマスクを介して紫外光を有機分子膜に照射する必要があった。有機分子膜の分解・除去には、紫外光を数十分程度照射する必要があることが明らかになっている。フォトマスクと基板の精密な位置合わせが必要なプロセスは、製造コストがかかるのにもかかわらず、処理時間が比較的長いくなり、実用的な観点から望ましくない。
【０００８】
以上述べたように、紫外光とフォトマスクを用いた有機分子膜パターンの作製には、タクトタイムが比較的長いため、製造コストが下がらないという課題がある。
【０００９】
【課題を解決するために手段】
本発明に係る有機分子膜パターンの製造方法は、紫外光を遮光する遮光パターンを有する基板上に形成された有機分子膜に前記基板を介して紫外光を照射することにより前記有機分子膜の一部を除去する工程を含み、前記有機分子膜の膜厚は、３ｎｍ以下であり、前記有機分子膜は、前記基板を構成する原子と結合しており、前記有機分子膜はフルオロアルキル基を有することを特徴とする。
本発明に係る他の有機分子膜パターンの製造方法は、紫外光を遮光する遮光パターンを有する基板上に形成された有機分子膜に前記基板を介して紫外光を照射することにより前記遮光パターンがない部位に対応して形成された前記有機分子膜の一部を除去する工程を含み、前記有機分子膜の膜厚は、３ｎｍ以下であり、前記有機分子膜は、前記基板を構成する原子と結合しており、前記有機分子膜はフルオロアルキル基を有することを特徴とする。
上記の有機分子膜パターンの製造方法において、前記遮光パターンは、金属薄膜パターンからなるようにしてもよい。
上記の有機分子膜パターンの製造方法において、前記有機分子膜は、自己組織化膜であってもよい。
上記の有機分子膜パターンの製造方法において、前記有機分子膜が、アルキル基を有する自己組織化膜であってもよい。
上記の有機分子膜パターンの製造方法において、前記有機分子膜が、シラン系有機分子膜であってもよい。
上記の有機分子膜パターンの製造方法において、前記紫外光の波長が、２００ｎｍ以上、３８０ｎｍ以下の範囲にあることが好ましい。
上記の有機分子膜パターンの製造方法において、前記基板が、石英あるいはガラスからなっていてもよい。
上記の有機分子膜パターンの製造方法において、前記紫外光を照射する前の前記有機分子膜は前記基板の表面全体に形成されていてもよい。
上記の有機分子膜パターンの製造方法において、前記有機分子膜は配向膜であってもよい。
本発明は、前記目的を達成するために、紫外光を遮光するパターンを有する基板表面に膜厚が３ｎｍ以下の有機分子膜を形成した後に、前記基板を介して紫外光を照射して、有機分子膜の一部を除去する有機分子膜パターンの製造方法であることを特徴とする。
【００１０】
すなわち本発明によれば、フォトマスクを用いなくとも、基板上に有機分子膜パターンを形成することができる。前記紫外光を遮光するパターンが、金属薄膜パターンからなる。また、前記有機分子膜は、自己組織化膜である。特に、前記有機分子膜が、アルキル基あるいはフルオロアルキル基を有するシラン系有機分子の自己組織化膜である。
【００１１】
また、本発明は、前記紫外光の波長が、２００ｎｍ以上、３８０ｎｍ以下の範囲にあることを特徴とする。さらに、前記基板が、２００ｎｍ以上、３８０ｎｍ以下の範囲の紫外光に対して吸収が小さいことを特徴とする。望ましくは、前記基板が、石英あるいはガラスからなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる基板材料としては、石英ガラス、ガラス、を用いることができる。この基板上に、紫外光を遮光するパターンが形成されている。さらにその基板上に、有機分子膜が形成される。ただし、有機分子膜は紫外光を遮光するパターンの直上に形成される必要はなく、紫外光に対して吸収がない薄膜を形成した後に、有機分子膜を形成することも可能である。
【００１３】
有機分子膜は基板に結合可能な官能基と、その反対側に親液基あるいは撥液基といった基板の表面性を改質する（表面エネルギーを制御する）官能基と、これらの官能基を結ぶ炭素の直鎖あるいは一部分岐した炭素鎖を備えており、基板に結合して自己組織化して分子膜、例えば単分子膜を形成する。この有機分子膜の膜厚は、分子鎖の長さによって決まるが、通常１ｎｍ程度、厚くとも３ｎｍ程度であり、従来フォトリソグラフィーで用いられているレジスト膜とは全く異なるオーダーである。
【００１４】
本発明において基板表面に形成される自己組織化膜とは、基板など下地層等構成原子と反応可能な結合性官能基とそれ以外の直鎖分子とからなり、該直鎖分子の相互作用により極めて高い配向性を有する化合物を、配向させて形成された膜である。前記自己組織化膜はフォトレジスト材等の樹脂膜とは異なり、単分子を配向させて形成されているので、極めて膜厚を薄くすることができ、しかも、分子レベルで均一な膜となる。即ち、膜の表面に同じ分子が位置するため、膜の表面に均一でしかも優れた撥液性や親液性などの表面特性を付与することができ、微細なパターンニングをする際に特に有用である。
【００１５】
例えば、前記化合物として、後述するフルオロアルキルシランを用いた場合には、膜の表面にフルオロアルキル基が位置するように各化合物が配向されて自己組織化膜が形成されるので、膜の表面に均一な撥液性が付与される。
【００１６】
自己組織化膜を形成する化合物としては、ヘプタデカフルオロテトラヒドロデシルトリエトキシシラン、ヘプタデカフルオロテトラヒドロデシルトリクロロシラン、トリデカフルオロテトラヒドロオクチルトリクロロシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン等のフルオロアルキルシラン（以下、「ＦＡＳ」という）を挙げることができる。使用に際しては、一つの化合物を単独で用いるのも好ましいが、２種以上の化合物を組み合わせて使用しても、本発明の所期の目的を損なわなければ制限されない。また、本発明においては、前記化合物として、前記ＦＡＳを用いるのが、基板との密着性を付与する上で好ましい。ＦＡＳが存在する部分が撥液部となる。また、ＦＡＳ以外の材料では、アルキル基を有するアルキルシランも使用できる。フルオロアルキル基に比べて、アルキル基は撥水、撥インク特性は若干劣るものの、パターンニングプロセスには充分使用可能である。
【００１７】
また、ＦＡＳ以外の各種の官能基を有する有機分子膜についてもこのようなパターンニング技術は有効であることは言うまでもない。
【００１８】
なお、自己組織化膜は、例えば、‘An Introduction to ULTRATHIN ORGANIC FILMS: Ulman, ACADEMIC PRESS’に詳しく開示されている。
【００１９】
以下、本発明の微細構造体の製造方法を図面を参照して説明する。有機分子膜パターンを得るために、図１〜４に示すように、紫外光を遮光するパターン１２を有する基板１１表面に自己組織化膜１３を基板前面に形成し、遮光パターン１２を利用して所定の有機分子膜パターンの形成行われる。
【００２０】
まず、図１に示すように、基板１１表面に紫外光を遮光するパターン１２を形成する。形成方法としては、フォトリソグラフィー法により可能であるが、その他の形成方法でも有効であることは言うまでもない。遮光パターン１２の材料としては、金属膜であれば紫外光が充分に吸収されるため使用可能である。自己組織化膜１３は、既述の原料化合物と、遮光パターン１２が形成された基板とを同一の密閉容器中に入れておき、室温の場合は数日程度の間放置すると基板上に形成される。また、密閉容器全体を１００℃程度に保持することにより、３時間程度で基板上に形成される。以上のプロセスにより、基板上の全面に自己組織化膜１３が形成される（図２）。
【００２１】
次いで、図３に示すように、基板を介して紫外光を自己組織化膜１３に照射する。基板上に形成された遮光パターン１２の領域は、紫外光が透過しないため、遮光パターン上の自己組織化膜は分解・除去されない。一方、遮光パターンがない領域は、自己組織化膜１３に紫外光が照射されるため、自己組織化膜１４の一部が除去されて、基板上に自己組織化膜が形成されている領域と、されていない領域にパターンニングされる（図４）。
【００２２】
本発明は、基板を介して紫外光を照射するため、用いる紫外光の波長域にて基板での吸収がない、あるいは少ないことが望ましい。この目的に適する基板としては、石英あるいはガラスなどが使用可能である。これらの材料では、２００ｎｍ以上の波長域ではほとんど吸収がないことが知られている。しかしながら、２００ｎｍ以下の波長域では、紫外光の多くが吸収されてしまうため、本発明の紫外光としては用いることができない。また、３８０ｎｍより大きな波長の紫外光では、光の持つエネルギーが小さくなるため、自己組織化膜の分解・除去に用いるのは望ましくない。従って、２００ｎｍ以上、３８０ｎｍ以下の波長域の紫外光を用いるのが望ましい。この波長域の紫外光の光源としては、水銀ランプ、メタルハライドランプ、２２２ｎｍ、３０８ｎｍのエキシマ光源や、ＫｒＦエキシマ光源などが挙げられる。これらの光源を用いることにより、実用的な照射時間で有機分子膜のパターンニングが可能となる。
【００２３】
尚、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００２４】
【実施例】
以下、実施例を参照して本発明を具体的に説明する。
【００２５】
[実施例１]
パターン形成工程を以下のように行った。
【００２６】
即ち、石英ガラス基板にＣｒ膜の遮光パターンをフォトリソグラフィーにより形成した。ラインアンドスペースと呼ばれる線状のパターンに形成した。ラインの幅及びピッチは１０ｍｍとした。Ｃｒ膜パターンの膜厚は１００ｎｍとした。
【００２７】
次いで、遮光パターンが形成された石英ガラス基板上に１７２ｎｍの波長の紫外光を大気中で２０分間照射して、クリーンニングを行った。引き続き、基板上への自己組織化膜の形成を以下のように行った。
【００２８】
即ち、遮光パターンが形成された前記石英ガラス基板と、ＦＡＳ原料の一つであるヘプタデカフルオロテトラヒドロデシルトリエトキシシランとを、同一の密閉容器に入れて９６時間室温で放置することにより、該石英ガラス基板表面にフルオロアルキル基を有する自己組織化膜を形成した。
【００２９】
そして、更に、基板を介して、３０８ｎｍの波長の紫外光を照射して、遮光パターンがない部位の自己組織化膜のみを選択的に除去して、ＦＡＳのパターンを形成した。用いた光源は、波長３０８ｎｍのエキシマ光源である。基板表面上での光強度は、約５ｍＷ／ｃｍ2であった。紫外光の照射時間は、４０分である。
【００３０】
紫外光による自己組織化膜の分解・除去を確認するために、基板表面の水に対する接触角の測定を行った。遮光パターン上、即ち、紫外光が照射されていない領域においては、接触角の値が１１０度であったのに対して、紫外光が照射された領域は接触角の値が１６度であった。この接触角の変化は、自己組織化膜の分解・除去に起因するものである。従って、自己組織化膜が良好にパターンニングできたと考えられる。
【００３１】
以上の結果から、基板を介して紫外光を照射することにより、自己組織化膜の分解・除去が可能であることがわかる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、基板に対してフォトマスクの位置合わせをしないで、簡便な有機分子膜のパターンニング技術を提供することができる。また、紫外光による有機分子膜の分解・除去のプロセスは、多数枚の基板の処理を裏面からの一括照射で行うことができるので、比較的高速なタクトタイムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板上に遮光パターンが形成されている状態を示す断面図である。
【図２】遮光パターンが形成された基板上に自己組織化膜がパターンニングされた状態を示す断面図である。
【図３】自己組織化膜のパターンニングの工程を示す断面図である。
【図４】基板上に有機分子膜パターンが形成されている状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１１    基板
１２    遮光パターン
１３    有機分子膜
１４    有機分子膜パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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