表面処理方法、配向膜の形成方法、プライマー処理方法、撥液膜形成方法
【課題】有機分子の密度の高い膜を形成できる表面処理方法を提供する。
【解決手段】３つまたは４つの官能基が同じアルコキシ基を有するシランカップリング剤を第一有機分子５として、第一有機分子５を気化し減圧された表面処理チャンバー１５で表面の水酸基２と化学結合する第一工程と、水分子６を水蒸気処理チャンバー１１へ導入することによって、第一工程で表面と化学結合した第一有機分子５のアルコキシ基と水分子６を化学反応させ、第一有機分子５のアルコキシ基を水酸基７にする第二工程と、官能基を１つ有し、その他２つまたは３つの官能基がアルコキシ基であるシランカップリング剤を第二有機分子３として、第二有機分子３が第二工程で生成された水酸基７と化学反応する第三工程と、を有し、第一工程から第三工程までの表面処理チャンバー１５及び水蒸気処理チャンバー１１内の圧力が０．１Ｐａより大きく０．１ＭＰａより小さいか等しくする。
【解決手段】３つまたは４つの官能基が同じアルコキシ基を有するシランカップリング剤を第一有機分子５として、第一有機分子５を気化し減圧された表面処理チャンバー１５で表面の水酸基２と化学結合する第一工程と、水分子６を水蒸気処理チャンバー１１へ導入することによって、第一工程で表面と化学結合した第一有機分子５のアルコキシ基と水分子６を化学反応させ、第一有機分子５のアルコキシ基を水酸基７にする第二工程と、官能基を１つ有し、その他２つまたは３つの官能基がアルコキシ基であるシランカップリング剤を第二有機分子３として、第二有機分子３が第二工程で生成された水酸基７と化学反応する第三工程と、を有し、第一工程から第三工程までの表面処理チャンバー１５及び水蒸気処理チャンバー１１内の圧力が０．１Ｐａより大きく０．１ＭＰａより小さいか等しくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面処理方法、配向膜の形成方法、プライマー処理方法、撥液膜形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許文献１に開示されているように、基板上に有機分子を反応させ、さらにその有機分子と同種または異種の有機分子を反応させる有機デバイスの製造方法が知られていた。また、特許文献２に開示されているように、基板上に気化された有機分子を導入し、水蒸気を追加することでさらに既に基板と反応した有機分子を加水分解し、気相中の有機分子を基板上の有機分子と反応させる単分子膜形成方法が知られていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１５８６９１号公報
【特許文献２】特開２００９−２５６７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の有機デバイスの製造方法は、１つの反応点から生まれる機能性有機分子が１つであったとき、反応点の面密度が低い場合は同時に機能性有機分子の面密度も低くなるという課題があった。
【０００５】
次に、特許文献２に記載の単分子膜形成方法は、成膜室に成膜原料が残っている状態で水蒸気を導入している。このため、成膜面上の単分子の官能基は加水分解し、さらに水分子と水素結合する。気中に存在する複数の原料は、気中で加水分解した後、水分子と水素結合することで基板上の反応点と化学反応ができなくなる。このような有機分子は、いずれ成膜面上に物理的に吸着する。次工程での加熱処理によって化学結合をさせているが、物理吸着したものが必ずしも成膜面上の単分子と水素結合をしているとは限らないため加熱処理で化学結合が実現されていない部分が残る。そして、この成膜面上に機械的または化学的なダメージを与えた場合、物理吸着が残っている部分は欠陥部分になってしまうという課題があった。そこで、有機分子の密度の高い膜を形成できる表面処理方法が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例にかかる表面処理方法は、表面に水酸基が露出している基板に気化した有機分子を化学結合させる表面処理方法であって、３つまたは４つの官能基が同じアルコキシ基を有するシランカップリング剤を第一有機分子とし、前記第一有機分子と前記表面の前記水酸基とを減圧環境にて化学結合させる第一工程と、前記第一工程で前記表面と化学結合した前記第一有機分子の前記アルコキシ基と水分子とを減圧環境にて化学結合させ、前記第一有機分子の前記アルコキシ基を水酸基にする第二工程と、前記第一有機分子と異なる機能を有する官能基を１つ有し、その他２つまたは３つの官能基がアルコキシ基であるシランカップリング剤を第二有機分子として、前記第二有機分子と前記第二工程で生成された前記水酸基とを減圧環境にて化学結合させる第三工程と、を有し、前記第一工程、前記第二工程、前記第三工程の前記減圧環境の圧力が０．１Ｐａより大きく０．１ＭＰａより小さいか等しいこと、を特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、第一工程によって３つまたは４つのアルコキシ基を有する第一有機分子の１つのアルコキシ基と表面の１つの水酸基が化学結合をする。さらに、第二工程で水分子を導入することによって表面に存在する残りの２つまたは３つのアルコキシ基が加水脱アルコール反応により２つまたは３つの水酸基になる。そして、第三工程により固有の機能を有した第二有機分子で表面が被覆される。これによって、表面上に１つしかなかった水酸基から第一工程及び第二工程を経ることで２つまたは３つの水酸基が生成されるため、固有の機能を有する第二有機分子の表面密度を高くすることができる。従って、高密度に化学結合をした第二有機分子を持つ表面を提供することができる。
【０００９】
第一工程及び第三工程における減圧環境の圧力は０．１Ｐａ以上であり、粘性流領域となる圧力となっている。この圧力条件にすることにより、生産性良く反応を進めることができる。また、減圧環境の圧力は大気圧より低い圧力であり０．１ＭＰａより小さいか等しい圧力となっている。この圧力条件にすることにより、加圧装置を付加する必要がないので装置構成を簡略にすることができる。
【００１０】
［適用例２］上記適用例に記載の表面処理方法は、前記第一工程と前記第二工程とを反復することが好ましい。
【００１１】
本適用例によれば、第一工程と第二工程とを反復する毎に第一工程の前に表面に存在した水酸基の表面密度が２倍または３倍になる。従って、反復回数を制御することにより、所望の水酸基の表面密度を制御することができる。その結果、所望の表面密度の第二有機分子を得ることができる。
【００１２】
［適用例３］本適用例にかかる配向膜の形成方法は、上記に記載の表面処理方法を用いた、液晶表示装置に用いる配向膜の形成方法であって、前記第二有機分子における前記第一有機分子と異なる機能を有する前記官能基がＣＨ3を有することを特徴とする。
【００１３】
本適用例によれば、配向膜上の水酸基を減少させるため、液晶と水酸基との相互作用を抑えることとなり、これによって、可視光領域の光が当たり続けることで発生する水酸基と相互作用している液晶の耐光性劣化を抑えられる。従って、配向膜の耐光性を向上させることができる。
【００１４】
［適用例４］本適用例にかかるプライマー処理方法は、上記適用例に記載の表面処理方法を用いた、半導体装置、ＭＥＭＳ及びプリンターヘッドに用いる接着剤と被接着体とを接着するときの前記被接着体のプライマー処理方法であって、前記第二有機分子における前記第一有機分子と異なる機能を有する前記官能基がＮＨ2を有することを特徴とする。
【００１５】
本適用例によれば、被接着体におけるアミノ基の表面密度が高くなるため、接着剤との接着強度が強くなる。従って、例えばプリンターヘッドの接着部分においてインクと接する場所においてインク接液による耐久性を向上することができる。従って、プリンターヘッドの接着部分の信頼性を向上させることができる。
【００１６】
［適用例５］本適用例にかかる撥液膜形成方法は、上記適用例に記載の表面処理方法を用いた、半導体装置、ＭＥＭＳ及びプリンターヘッドに用いる撥液膜形成方法であって、前記第二有機分子における前記第一有機分子と異なる機能を有する前記官能基がＣＦ3を有することを特徴とする。
【００１７】
本適用例によれば、例えばプリンターヘッドのノズルプレートにおける撥インク面を機能させる有機分子の表面密度が高くなるため、撥インク性を高くすることができる。従って、ノズル周りの残留インクを抑えることができる為、プリンターヘッドの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１にかかる表面処理工程を説明するための模式図。
【図２】装置の構成を示す模式平面図。
【図３】装置の構成を示す模式平面図。
【図４】気化器の構造を示す模式図。
【図５】変形例１にかかる表面処理工程を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下の各図においては、各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。
【００２０】
（実施形態１）
図１は、表面処理工程を説明するための模式図である。図４は気化器の構造を示す模式図である。まず、実施形態１にかかる表面処理方法と処理を行なう装置の構成について説明する。
【００２１】
（表面処理チャンバー）
第一反応室としての表面処理チャンバーは、原料及び窒素等の供給系、基板と原料を反応させる反応系、反応系内に浮遊する未反応原料を排気する排気系、反応系内の圧力、温度を測定する測定系で構成されている。
【００２２】
各系の説明を供給系から順に行う。図４に示すように、原料の供給系は、液体である原料を熱により気化する装置であり気化器３５を備えている。この気化器３５の上流には原料が充填された一次タンク２９が設置されており、一次タンクにつながる乾燥窒素３０の圧力によって原料が下流に送られる。原料は一次タンク２９から二次タンク２８へ送られ、二次タンク２８上部には気化部２６があり原料の液面は液面センサー２７により管理されている。
【００２３】
気化部２６には熱源があり原料を気化することができ、温度は原料の沸点または分解温度より低い温度の範囲で設定される。気化器から表面処理チャンバーへは、配管でつながれており配管加熱部２５は温度調節されている。気化温度は少なくとも沸点よりも低いために気化できない原料も気化器内に存在するが、この気化器は気化された原料分子のみを表面処理チャンバーへ送る構造になっており、未気化の原料は気化部２６にそのまま残る。表面処理チャンバーへつながるその他の供給気体は、乾燥窒素、乾燥空気、乾燥アルゴン、乾燥酸素等の乾燥気体であり、原料の供給ラインとは別の場所から表面処理チャンバーへ供給される。
【００２４】
次に、反応系の説明をする。反応系には表面処理チャンバーと基板を置くためのステージが設置されている。ステージ及び表面処理チャンバーは温度調節できるようになっている。ステージ温度は気化温度と同じまたは気化温度よりも高く設定されている。表面処理チャンバーの内壁はステージに置かれた基板温度と同じになるように調節される。気化された原料分子は、反応系の中で気体のままでいるために、ステージ温度及びチャンバー温度での蒸気圧以下になるように供給系から原料が供給される。ここでチャンバー温度とは、表面処理チャンバーの内壁の温度であり、供給系、排気系、測定系につながれた配管の内壁の温度も含んでいる。配管加熱の範囲は、表面処理チャンバーから見た最初のバルブまでであり、表面処理チャンバー内の原料が拡散するところまでである。また、原料が拡散できる部位とは、気化器から反応系につながる配管、反応系であるチャンバー内壁、ステージ、基板、反応系につながる各配管に隣接するバルブまでの間である。
【００２５】
次に、排気系の説明をする。排気系の範囲は、表面処理チャンバーから真空ポンプにつながる配管のバルブから、工場の排気システムにつながるまでの範囲である。バルブから工場の排気システムに至る部分は温度調節されていない。室温において液体である原料は真空下において一部が再液化し、気体のままの分子は真空ポンプの下流（大気圧下）において再液化する。よって、真空ポンプの直後には液体を貯められる容器が備わっている。また、真空ポンプから容器までの間での再液化が無視できない場合は、真空ポンプとチャンバー側のバルブとの間に放電機能を備えた装置を設けることでＡＰＴＭＳ（アミノプロピルトリメトキシシラン）を分解し二酸化炭素等の気体として真空ポンプの下流まで気体として排気することができる。このとき、酸素または空気をバルブと放電装置の間に供給しても良い。
【００２６】
次に、測定系の説明をする。測定系は、表面処理チャンバー内の圧力を測るための圧力センサーと温度を測る温度センサーと水分を測る露点計が備わっている。圧力センサーは排気配管近傍に設置され、温度センサーは温度調節が必要な各部に設置されている。
【００２７】
（水蒸気処理チャンバー）
第二反応室としての水蒸気処理チャンバーも表面処理チャンバーと同様にステージ、供給系、反応系、排気系、測定系で構成されている。供給系は、水蒸気を供給する水供給装置と乾燥窒素を供給する窒素供給装置とが設置され、水供給装置と窒素供給装置とが水蒸気処理チャンバーに接続されている。反応系は、ステージ及びチャンバーを加熱する加熱装置を備えている。加熱装置はヒーターを備え、ヒーターは水蒸気処理チャンバー及び配管を加熱する。これにより、水蒸気処理チャンバーの内壁及び配管の内壁の温度は同じ温度になっている。各内壁温度の最高温度は表面処理チャンバーと同じ温度である。
【００２８】
排気系は、表面処理チャンバー同様にバルブより下流が加熱されていないが、バルブから真空ポンプまでの間に冷却機能を備えた冷却装置が設置されている。そして、排気を再液化することで蒸気を水として捕獲できるようになっている。測定系は、温度計、湿度計、真空計、露点計を備えている。温度計は水蒸気処理チャンバー及び配管における温度調節している部分、湿度系はステージ近傍、真空計は排気配管近傍にそれぞれ設置されている。
【００２９】
（搬送チャンバー）
搬送チャンバーも供給系、反応系、排気系、測定系を備えているが、チャンバー内で何かしらの反応をさせる訳ではない。反応系は加熱系としての機能を備えている。供給系は、乾燥窒素または乾燥空気を供給する機能を備えている。加熱系は、他のチャンバーと同様に温度管理する箇所を同じ温度範囲となるように同じ方法で温度調節している。排気系は、真空ポンプが接続されているだけで他のチャンバーのように原料や水を捕獲する機能は備えていない。測定系は、温度計、湿度計、真空計、露点計が水蒸気処理チャンバーと同様に設置されている。
【００３０】
（表面反応過程）
図１（ａ）に示すように、まず、第一工程にて表面処理チャンバー１５内のステージに基板１が搭載される。基板１の設置表面処理が施される表面には水酸基２（ＯＨ基）が存在している。基板種は、電気的には金属、半導体、絶縁体等であり、材料としては純物質、酸化物等化合物であり水酸基２が表面に存在していれば表面処理の対象になる。
【００３１】
次に、表面処理チャンバー１５を減圧して、表面処理チャンバー１５内に気化した３つまたは４つのアルコキシ基を有するシランカップリング剤である第一有機分子５を導入する。その結果、水酸基２を有する基板１の表面が、気化した第一有機分子５の雰囲気に暴露される。その結果、図１（ｂ）に示すように、この条件下において、１つのアルコキシ基と水酸基２が熱エネルギーにより脱アルコール反応を起こす。例えば、基板表面がシリコン（Ｓｉ）でシランカップリング剤のアルコキシ基がメトキシ基（−ＯＣＨ3）の場合、メタノール（ＣＨ3ＯＨ）を生成し、基板と有機分子はＳｉ−Ｏ−Ｓｉで結合される。そして、アルコール４が生成される。
【００３２】
第一工程の後に気中の第一有機分子５を排気する。これにより、気中の第一有機分子５が加水脱アルコール反応で３つまたは４つの水酸基７を有する有機分子に変わることを防ぐことができる。そして、水酸基２を有する有機分子間での水素結合を防ぐことになる。仮にこれが防げなかったときは気中で有機分子間が結合し複数分子の塊として表面に到達することになる。この塊が到達した表面部分は、次工程の化学結合につながらないばかりか、表面の異物として不良の原因になる。
【００３３】
次に、第二工程を行う。図１（ｃ）に示すように、水蒸気処理チャンバー１１内のステージに基板１が搭載される。次に、水蒸気処理チャンバー１１を減圧して、水蒸気処理チャンバー１１内を水蒸気雰囲気にする。その結果、基板１は水分子６が浮遊する水蒸気雰囲気に暴露される。これによって、図１（ｄ）に示すように、加水脱アルコール反応が起こり有機分子の残りの２つまたは３つのアルコキシ基は水酸基７に変化する。例えば、アルコキシ基がメトキシ基（−ＯＣＨ3）の場合、水蒸気（Ｈ2Ｏ）との反応によりメタノール（ＣＨ3ＯＨ）が生成され、アルコキシ基があった場所は−ＯＨに変化する。これにより、１つの水酸基２から２つまたは３つの水酸基７を生成することができる。
【００３４】
次に、第三工程を行う。図１（ｅ）に示すように、第三工程にて表面処理チャンバー１５内のステージに基板１が搭載される。次に、表面処理チャンバー１５を減圧して、表面処理チャンバー１５内に気化したアルコキシ基を有する第二有機分子３を導入する。これにより、気化されたアルコキシ基を有する第二有機分子３の雰囲気に基板１が暴露される。第二有機分子３は、脱アルコール反応により第一有機分子５の官能基があった場所と化学結合する。これにより、図１（ｆ）に示すように、水酸基７から所望の官能基を有する第二有機分子３を化学結合させた有機分子８の膜を形成することが可能となる。基板表面の１つの水酸基２から最大で３つの所望の官能基を生成することができる。
【００３５】
（第一有機分子）
第一有機分子５は、３つまたは４つの官能基を有するシランカップリング剤である。例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ｎ−プロピルトリメトキシシラン、ｎ−プロピルトリエトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシランが挙げられる。
【００３６】
（第二有機分子）
第二有機分子３は、２−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−トリエトキシシリル−Ｎ−（１、３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン、３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビス（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、フッ素含有シランカップリング剤が挙げられる。
【００３７】
（表面処理装置）
図２に示すように表面処理装置は、表面処理チャンバー、水蒸気処理チャンバー、搬送チャンバーから構成されている。処理単位は基板１を１枚ずつ処理する所謂枚葉処理装置である。枚葉処理装置として、基板１が表面処理チャンバーから水蒸気処理チャンバーに直接移載することができず必ず搬送チャンバーを通って移載されるクラスター方式と、工程開始から終了まで一通であるワンパス方式の２つの方式がある。
【００３８】
（クラスター方式）
図２及び図３は、装置の構成を示す模式平面図であり、図２にクラスター方式の装置を示す。クラスター方式の表面処理装置３６は、搬送チャンバー１３を中心に表面処理チャンバー１５と水蒸気処理チャンバー１１がつながっており、表面処理チャンバー１５と水蒸気処理チャンバー１１はつながっていない。各チャンバーについては、上記した通りであるが、チャンバーをつなげることにより制約が生じる。
【００３９】
まず、表面処理チャンバー１５内は乾燥状態を保たなければならないため、搬送チャンバー１３の露点は表面処理チャンバー１５と同じ程度の露点にしなければならない。第一工程及び第三工程における処理時の表面処理チャンバー１５内の圧力は粘性流領域となる圧力であり、圧力は０．１Ｐａ以上となっている。この圧力条件にすることにより、生産性良く反応を進めることができる。また、処理時の表面処理チャンバー１５内の圧力は大気圧より低い圧力であり０．１ＭＰａより小さいか等しい圧力となっている。この圧力条件にすることにより、加圧装置を付加する必要がないので装置構成を簡略にすることができる。
【００４０】
また、搬送チャンバー１３にわずかに残る水蒸気を表面処理チャンバー１５に極力拡散させないために、搬送時の圧力は粘性流領域であり、圧力は０．１Ｐａ以上である。さらに、搬送チャンバー１３の圧力は、表面処理チャンバー１５と比較すると負圧に設定されている。
【００４１】
表面処理チャンバー１５において、第一有機分子５及び第二有機分子３を導入している場合、圧力は０．１Ｐａ〜大気圧までの処理が可能であるが、第一有機分子５及び第二有機分子３の分圧は、処理温度での各原料の蒸気圧以下にしなければならない。第一有機分子５及び第二有機分子３を用いる工程では水分を嫌うため、露点は−６０℃以下にしなければならない。同様に搬送チャンバー１３での露点も−６０℃以下にしなければならず、露点が−６０℃以下になったことを確認した上で表面処理チャンバー１５と搬送チャンバー１３との間にあるゲートバルブ１４が開く設定になっている。
【００４２】
水蒸気処理チャンバー１１において、水の沸点より低い温度帯では、湿度が５０〜９５ＲＨ％の範囲であることが好ましい。よって、搬送チャンバー１３への水分の拡散を抑制するために、搬送時の圧力は粘性流領域であり、圧力は０．１Ｐａ以上であり、水蒸気処理チャンバー１１の圧力は、搬送チャンバー１３と比較すると負圧に設定されている。第三工程においても、処理時の表面処理チャンバー１５内の圧力は粘性流領域となる圧力であり、圧力は０．１Ｐａ以上となっている。この圧力条件にすることにより、生産性良く反応を進めることができる。また、処理時の表面処理チャンバー１５内の圧力は大気圧より低い圧力であり０．１ＭＰａより小さいか等しい圧力となっている。この圧力条件にすることにより、加圧装置を付加する必要がないので装置構成を簡略にすることができる。
【００４３】
クラスター方式における基板１の搬送順は、搬送チャンバー１３（基板導入）、表面処理チャンバー１５（第一工程）、搬送チャンバー１３（水蒸気処理前）、水蒸気処理チャンバー１１（第二工程）、搬送チャンバー１３（第二有機分子３処理前）、表面処理チャンバー１５（第三工程）、搬送チャンバー１３（基板取り出し）である。
【００４４】
（ワンパス方式）
図３にワンパス方式の装置概略図を示す。図３に示すようにワンパス方式の表面処理装置３７の場合、表面処理チャンバーと搬送チャンバー、水蒸気処理チャンバーと搬送チャンバーとの関係はクラスター方式と同じである。ワンパス方式における基板１の搬送順は、搬送チャンバー１６（基板導入）、ゲートバルブ１７、表面処理チャンバー１８（第一工程）、ゲートバルブ１９、水蒸気処理チャンバー２０（第二工程）、ゲートバルブ２１、表面処理チャンバー２２（第三工程）、ゲートバルブ２３、搬送チャンバー２４（基板取り出し）である。ワンパス方式の場合、第一有機分子５を使用する第一工程と第二有機分子３を使用する第三工程を別のチャンバーで行うため、メンテナンスや装置管理に関するメリットはあるが、装置が大きくなるデメリットもある。
【００４５】
以上述べたように、本実施形態にかかる表面処理方法（図１）によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）基板１の表面の反応点から複数の反応点を生成できることで官能基を高い面密度で覆うことができる。また、同時に２次元的な広がりを向上できるため欠陥密度を低減することができる。さらに、原料と水蒸気の処理工程を、チャンバーを変えることで明確に分離することができ、気中で生成される多量体が抑制され基板１の表面での物理吸着分を抑制することができるため信頼性の高い表面を形成することができる。
【００４６】
（２）第一工程及び第三工程における処理時の表面処理チャンバー１５内の圧力は粘性流領域となる圧力であり、圧力は０．１Ｐａ以上となっている。この圧力条件にすることにより、生産性良く反応を進めることができる。また、処理時の表面処理チャンバー１５内の圧力は大気圧より低い圧力であり０．１ＭＰａより小さいか等しい圧力となっている。この圧力条件にすることにより、加圧装置を付加する必要がないので装置構成を簡略にすることができる。
【００４７】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良等を加えることが可能である。変形例を以下に述べる。
【００４８】
（変形例１）
図５は、変形例１にかかる表面処理工程を説明するための模式図である。上記実施形態１では、図１のように、表面の官能基が１種類であるものとして説明したが、この構成に限定するものではない。以下、変形例１にかかる表面処理方法について説明する。尚、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。
【００４９】
実施形態１で表面処理した後、図５（ａ）に示すように、第二工程と同様に、水分子６が浮遊する再度水蒸気雰囲気に暴露する。その結果、図５（ｂ）のように水酸基３１が生成される。さらに、図５（ｃ）に示すように、第三有機分子３２処理として他種の官能基を有するシランカップリング剤雰囲気に暴露すると、生成された水酸基３１と第三有機分子３２は脱アルコール反応により化学結合する。結果として、図５（ｄ）に示すように、基板表面には２種類の官能基が表面処理され、２種類の官能基を有する有機分子３３を備える膜が形成される。
【００５０】
以上述べたように、本変形例にかかる表面処理方法によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。バイオセンサーのようなある１つの官能基がある種の物質とだけ相互作用をする特性を利用したデバイスにおいて、１つのトランジスターに複数種の官能基を表面処理することによって、１つのトランジスターで複数の物質を検知することができるデバイスが製造可能になる。これは、検知したい物質毎にデバイスを製造せず、予め複数種の官能基を有するバイオセンサーを製造しておけば汎用的なバイオセンサーを製造することができる、ということである。当然ではあるが、実施形態１の方法では、ある種の物質だけ検知するバイオセンサーを製造することが可能である。
【００５１】
（変形例２）
上記実施形態１では、第一工程、第二工程、第三工程と表面処理を行った。第一工程、第二工程、第一工程、第二工程、…というように第一工程及び第二工程を複数行った後で第三工程を行っても良い。
【００５２】
この方法によれば、第一工程の前に表面に存在した水酸基２の２倍または３倍の表面密度になるため、所望の水酸基２の表面密度を制御することとなる。これによって所望の表面密度の第二有機分子３の膜にすることができる。
【００５３】
（変形例３）
上記実施形態１の第三工程では水酸基７から所望の官能基を有する第二有機分子３を化学結合させた。第二有機分子３には官能基がＣＨ3を有しても良い。そして、形成された膜を液晶表示装置の配向膜として使用しても良い。
【００５４】
本実施形態によれば、配向膜上の水酸基２を減少させるため、液晶と水酸基２との相互作用を抑えることとなる。これによって、可視光領域の光が当たり続けることで発生する水酸基２と相互作用している液晶の耐光性劣化を抑えられる。従って、耐光性向上という効果を得ることができる。
【００５５】
（変形例４）
上記実施形態１の第三工程では水酸基７から所望の官能基を有する第二有機分子３を化学結合させた。第二有機分子３には官能基がＮＨ2を有しても良い。そして、形成された膜を半導体装置、ＭＥＭＳ及びプリンターヘッドに用いる接着剤と被接着体を接着するときもプライマー膜として使用しても良い。
【００５６】
本実施形態によれば、被接着体におけるアミノ基の表面密度が高くなるため、接着剤との接着強度が強くなる。これによって、例えばプリンターヘッドの接着部分においてインクと接する場所においてインク接液による耐久性を向上することができる。従って、プリンターヘッドの信頼性向上という効果を得ることができる。さらに、半導体装置、ＭＥＭＳを接着するときにおいても接着強度を強くすることができる。従って、衝撃が加わるときにも接着した場所が剥がれることがない為、信頼性を高くすることができる。
【００５７】
（変形例５）
上記実施形態１の第三工程では水酸基７から所望の官能基を有する第二有機分子３を化学結合させた。第二有機分子３には官能基がＣＦ3を有しても良い。そして、形成された膜を半導体装置、ＭＥＭＳ及びプリンターヘッドに用いる撥液膜として使用しても良い。
【００５８】
本実施形態によれば、被接着体におけるアミノ基の表面密度が高くなるため、撥インク面を機能させる有機分子の表面密度を高くすることができる。これによって、例えば、プリンターヘッドのノズルプレートにおける撥インク性を高くすることができる。従って、ノズル周りの残留インクを抑えることができる。その結果、プリンターヘッドの信頼性向上という効果を得ることができる。さらに、半導体装置、ＭＥＭＳに撥液膜を形成するときにおいても撥液性を高くすることができる。従って、高い撥液性を備えた半導体装置、ＭＥＭＳを提供することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１…基板、２…水酸基、３…第二有機分子、５…第一有機分子、６…水分子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面処理方法、配向膜の形成方法、プライマー処理方法、撥液膜形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許文献１に開示されているように、基板上に有機分子を反応させ、さらにその有機分子と同種または異種の有機分子を反応させる有機デバイスの製造方法が知られていた。また、特許文献２に開示されているように、基板上に気化された有機分子を導入し、水蒸気を追加することでさらに既に基板と反応した有機分子を加水分解し、気相中の有機分子を基板上の有機分子と反応させる単分子膜形成方法が知られていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１５８６９１号公報
【特許文献２】特開２００９−２５６７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の有機デバイスの製造方法は、１つの反応点から生まれる機能性有機分子が１つであったとき、反応点の面密度が低い場合は同時に機能性有機分子の面密度も低くなるという課題があった。
【０００５】
次に、特許文献２に記載の単分子膜形成方法は、成膜室に成膜原料が残っている状態で水蒸気を導入している。このため、成膜面上の単分子の官能基は加水分解し、さらに水分子と水素結合する。気中に存在する複数の原料は、気中で加水分解した後、水分子と水素結合することで基板上の反応点と化学反応ができなくなる。このような有機分子は、いずれ成膜面上に物理的に吸着する。次工程での加熱処理によって化学結合をさせているが、物理吸着したものが必ずしも成膜面上の単分子と水素結合をしているとは限らないため加熱処理で化学結合が実現されていない部分が残る。そして、この成膜面上に機械的または化学的なダメージを与えた場合、物理吸着が残っている部分は欠陥部分になってしまうという課題があった。そこで、有機分子の密度の高い膜を形成できる表面処理方法が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例にかかる表面処理方法は、表面に水酸基が露出している基板に気化した有機分子を化学結合させる表面処理方法であって、３つまたは４つの官能基が同じアルコキシ基を有するシランカップリング剤を第一有機分子とし、前記第一有機分子と前記表面の前記水酸基とを減圧環境にて化学結合させる第一工程と、前記第一工程で前記表面と化学結合した前記第一有機分子の前記アルコキシ基と水分子とを減圧環境にて化学結合させ、前記第一有機分子の前記アルコキシ基を水酸基にする第二工程と、前記第一有機分子と異なる機能を有する官能基を１つ有し、その他２つまたは３つの官能基がアルコキシ基であるシランカップリング剤を第二有機分子として、前記第二有機分子と前記第二工程で生成された前記水酸基とを減圧環境にて化学結合させる第三工程と、を有し、前記第一工程、前記第二工程、前記第三工程の前記減圧環境の圧力が０．１Ｐａより大きく０．１ＭＰａより小さいか等しいこと、を特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、第一工程によって３つまたは４つのアルコキシ基を有する第一有機分子の１つのアルコキシ基と表面の１つの水酸基が化学結合をする。さらに、第二工程で水分子を導入することによって表面に存在する残りの２つまたは３つのアルコキシ基が加水脱アルコール反応により２つまたは３つの水酸基になる。そして、第三工程により固有の機能を有した第二有機分子で表面が被覆される。これによって、表面上に１つしかなかった水酸基から第一工程及び第二工程を経ることで２つまたは３つの水酸基が生成されるため、固有の機能を有する第二有機分子の表面密度を高くすることができる。従って、高密度に化学結合をした第二有機分子を持つ表面を提供することができる。
【０００９】
第一工程及び第三工程における減圧環境の圧力は０．１Ｐａ以上であり、粘性流領域となる圧力となっている。この圧力条件にすることにより、生産性良く反応を進めることができる。また、減圧環境の圧力は大気圧より低い圧力であり０．１ＭＰａより小さいか等しい圧力となっている。この圧力条件にすることにより、加圧装置を付加する必要がないので装置構成を簡略にすることができる。
【００１０】
［適用例２］上記適用例に記載の表面処理方法は、前記第一工程と前記第二工程とを反復することが好ましい。
【００１１】
本適用例によれば、第一工程と第二工程とを反復する毎に第一工程の前に表面に存在した水酸基の表面密度が２倍または３倍になる。従って、反復回数を制御することにより、所望の水酸基の表面密度を制御することができる。その結果、所望の表面密度の第二有機分子を得ることができる。
【００１２】
［適用例３］本適用例にかかる配向膜の形成方法は、上記に記載の表面処理方法を用いた、液晶表示装置に用いる配向膜の形成方法であって、前記第二有機分子における前記第一有機分子と異なる機能を有する前記官能基がＣＨ3を有することを特徴とする。
【００１３】
本適用例によれば、配向膜上の水酸基を減少させるため、液晶と水酸基との相互作用を抑えることとなり、これによって、可視光領域の光が当たり続けることで発生する水酸基と相互作用している液晶の耐光性劣化を抑えられる。従って、配向膜の耐光性を向上させることができる。
【００１４】
［適用例４］本適用例にかかるプライマー処理方法は、上記適用例に記載の表面処理方法を用いた、半導体装置、ＭＥＭＳ及びプリンターヘッドに用いる接着剤と被接着体とを接着するときの前記被接着体のプライマー処理方法であって、前記第二有機分子における前記第一有機分子と異なる機能を有する前記官能基がＮＨ2を有することを特徴とする。
【００１５】
本適用例によれば、被接着体におけるアミノ基の表面密度が高くなるため、接着剤との接着強度が強くなる。従って、例えばプリンターヘッドの接着部分においてインクと接する場所においてインク接液による耐久性を向上することができる。従って、プリンターヘッドの接着部分の信頼性を向上させることができる。
【００１６】
［適用例５］本適用例にかかる撥液膜形成方法は、上記適用例に記載の表面処理方法を用いた、半導体装置、ＭＥＭＳ及びプリンターヘッドに用いる撥液膜形成方法であって、前記第二有機分子における前記第一有機分子と異なる機能を有する前記官能基がＣＦ3を有することを特徴とする。
【００１７】
本適用例によれば、例えばプリンターヘッドのノズルプレートにおける撥インク面を機能させる有機分子の表面密度が高くなるため、撥インク性を高くすることができる。従って、ノズル周りの残留インクを抑えることができる為、プリンターヘッドの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１にかかる表面処理工程を説明するための模式図。
【図２】装置の構成を示す模式平面図。
【図３】装置の構成を示す模式平面図。
【図４】気化器の構造を示す模式図。
【図５】変形例１にかかる表面処理工程を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下の各図においては、各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。
【００２０】
（実施形態１）
図１は、表面処理工程を説明するための模式図である。図４は気化器の構造を示す模式図である。まず、実施形態１にかかる表面処理方法と処理を行なう装置の構成について説明する。
【００２１】
（表面処理チャンバー）
第一反応室としての表面処理チャンバーは、原料及び窒素等の供給系、基板と原料を反応させる反応系、反応系内に浮遊する未反応原料を排気する排気系、反応系内の圧力、温度を測定する測定系で構成されている。
【００２２】
各系の説明を供給系から順に行う。図４に示すように、原料の供給系は、液体である原料を熱により気化する装置であり気化器３５を備えている。この気化器３５の上流には原料が充填された一次タンク２９が設置されており、一次タンクにつながる乾燥窒素３０の圧力によって原料が下流に送られる。原料は一次タンク２９から二次タンク２８へ送られ、二次タンク２８上部には気化部２６があり原料の液面は液面センサー２７により管理されている。
【００２３】
気化部２６には熱源があり原料を気化することができ、温度は原料の沸点または分解温度より低い温度の範囲で設定される。気化器から表面処理チャンバーへは、配管でつながれており配管加熱部２５は温度調節されている。気化温度は少なくとも沸点よりも低いために気化できない原料も気化器内に存在するが、この気化器は気化された原料分子のみを表面処理チャンバーへ送る構造になっており、未気化の原料は気化部２６にそのまま残る。表面処理チャンバーへつながるその他の供給気体は、乾燥窒素、乾燥空気、乾燥アルゴン、乾燥酸素等の乾燥気体であり、原料の供給ラインとは別の場所から表面処理チャンバーへ供給される。
【００２４】
次に、反応系の説明をする。反応系には表面処理チャンバーと基板を置くためのステージが設置されている。ステージ及び表面処理チャンバーは温度調節できるようになっている。ステージ温度は気化温度と同じまたは気化温度よりも高く設定されている。表面処理チャンバーの内壁はステージに置かれた基板温度と同じになるように調節される。気化された原料分子は、反応系の中で気体のままでいるために、ステージ温度及びチャンバー温度での蒸気圧以下になるように供給系から原料が供給される。ここでチャンバー温度とは、表面処理チャンバーの内壁の温度であり、供給系、排気系、測定系につながれた配管の内壁の温度も含んでいる。配管加熱の範囲は、表面処理チャンバーから見た最初のバルブまでであり、表面処理チャンバー内の原料が拡散するところまでである。また、原料が拡散できる部位とは、気化器から反応系につながる配管、反応系であるチャンバー内壁、ステージ、基板、反応系につながる各配管に隣接するバルブまでの間である。
【００２５】
次に、排気系の説明をする。排気系の範囲は、表面処理チャンバーから真空ポンプにつながる配管のバルブから、工場の排気システムにつながるまでの範囲である。バルブから工場の排気システムに至る部分は温度調節されていない。室温において液体である原料は真空下において一部が再液化し、気体のままの分子は真空ポンプの下流（大気圧下）において再液化する。よって、真空ポンプの直後には液体を貯められる容器が備わっている。また、真空ポンプから容器までの間での再液化が無視できない場合は、真空ポンプとチャンバー側のバルブとの間に放電機能を備えた装置を設けることでＡＰＴＭＳ（アミノプロピルトリメトキシシラン）を分解し二酸化炭素等の気体として真空ポンプの下流まで気体として排気することができる。このとき、酸素または空気をバルブと放電装置の間に供給しても良い。
【００２６】
次に、測定系の説明をする。測定系は、表面処理チャンバー内の圧力を測るための圧力センサーと温度を測る温度センサーと水分を測る露点計が備わっている。圧力センサーは排気配管近傍に設置され、温度センサーは温度調節が必要な各部に設置されている。
【００２７】
（水蒸気処理チャンバー）
第二反応室としての水蒸気処理チャンバーも表面処理チャンバーと同様にステージ、供給系、反応系、排気系、測定系で構成されている。供給系は、水蒸気を供給する水供給装置と乾燥窒素を供給する窒素供給装置とが設置され、水供給装置と窒素供給装置とが水蒸気処理チャンバーに接続されている。反応系は、ステージ及びチャンバーを加熱する加熱装置を備えている。加熱装置はヒーターを備え、ヒーターは水蒸気処理チャンバー及び配管を加熱する。これにより、水蒸気処理チャンバーの内壁及び配管の内壁の温度は同じ温度になっている。各内壁温度の最高温度は表面処理チャンバーと同じ温度である。
【００２８】
排気系は、表面処理チャンバー同様にバルブより下流が加熱されていないが、バルブから真空ポンプまでの間に冷却機能を備えた冷却装置が設置されている。そして、排気を再液化することで蒸気を水として捕獲できるようになっている。測定系は、温度計、湿度計、真空計、露点計を備えている。温度計は水蒸気処理チャンバー及び配管における温度調節している部分、湿度系はステージ近傍、真空計は排気配管近傍にそれぞれ設置されている。
【００２９】
（搬送チャンバー）
搬送チャンバーも供給系、反応系、排気系、測定系を備えているが、チャンバー内で何かしらの反応をさせる訳ではない。反応系は加熱系としての機能を備えている。供給系は、乾燥窒素または乾燥空気を供給する機能を備えている。加熱系は、他のチャンバーと同様に温度管理する箇所を同じ温度範囲となるように同じ方法で温度調節している。排気系は、真空ポンプが接続されているだけで他のチャンバーのように原料や水を捕獲する機能は備えていない。測定系は、温度計、湿度計、真空計、露点計が水蒸気処理チャンバーと同様に設置されている。
【００３０】
（表面反応過程）
図１（ａ）に示すように、まず、第一工程にて表面処理チャンバー１５内のステージに基板１が搭載される。基板１の設置表面処理が施される表面には水酸基２（ＯＨ基）が存在している。基板種は、電気的には金属、半導体、絶縁体等であり、材料としては純物質、酸化物等化合物であり水酸基２が表面に存在していれば表面処理の対象になる。
【００３１】
次に、表面処理チャンバー１５を減圧して、表面処理チャンバー１５内に気化した３つまたは４つのアルコキシ基を有するシランカップリング剤である第一有機分子５を導入する。その結果、水酸基２を有する基板１の表面が、気化した第一有機分子５の雰囲気に暴露される。その結果、図１（ｂ）に示すように、この条件下において、１つのアルコキシ基と水酸基２が熱エネルギーにより脱アルコール反応を起こす。例えば、基板表面がシリコン（Ｓｉ）でシランカップリング剤のアルコキシ基がメトキシ基（−ＯＣＨ3）の場合、メタノール（ＣＨ3ＯＨ）を生成し、基板と有機分子はＳｉ−Ｏ−Ｓｉで結合される。そして、アルコール４が生成される。
【００３２】
第一工程の後に気中の第一有機分子５を排気する。これにより、気中の第一有機分子５が加水脱アルコール反応で３つまたは４つの水酸基７を有する有機分子に変わることを防ぐことができる。そして、水酸基２を有する有機分子間での水素結合を防ぐことになる。仮にこれが防げなかったときは気中で有機分子間が結合し複数分子の塊として表面に到達することになる。この塊が到達した表面部分は、次工程の化学結合につながらないばかりか、表面の異物として不良の原因になる。
【００３３】
次に、第二工程を行う。図１（ｃ）に示すように、水蒸気処理チャンバー１１内のステージに基板１が搭載される。次に、水蒸気処理チャンバー１１を減圧して、水蒸気処理チャンバー１１内を水蒸気雰囲気にする。その結果、基板１は水分子６が浮遊する水蒸気雰囲気に暴露される。これによって、図１（ｄ）に示すように、加水脱アルコール反応が起こり有機分子の残りの２つまたは３つのアルコキシ基は水酸基７に変化する。例えば、アルコキシ基がメトキシ基（−ＯＣＨ3）の場合、水蒸気（Ｈ2Ｏ）との反応によりメタノール（ＣＨ3ＯＨ）が生成され、アルコキシ基があった場所は−ＯＨに変化する。これにより、１つの水酸基２から２つまたは３つの水酸基７を生成することができる。
【００３４】
次に、第三工程を行う。図１（ｅ）に示すように、第三工程にて表面処理チャンバー１５内のステージに基板１が搭載される。次に、表面処理チャンバー１５を減圧して、表面処理チャンバー１５内に気化したアルコキシ基を有する第二有機分子３を導入する。これにより、気化されたアルコキシ基を有する第二有機分子３の雰囲気に基板１が暴露される。第二有機分子３は、脱アルコール反応により第一有機分子５の官能基があった場所と化学結合する。これにより、図１（ｆ）に示すように、水酸基７から所望の官能基を有する第二有機分子３を化学結合させた有機分子８の膜を形成することが可能となる。基板表面の１つの水酸基２から最大で３つの所望の官能基を生成することができる。
【００３５】
（第一有機分子）
第一有機分子５は、３つまたは４つの官能基を有するシランカップリング剤である。例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ｎ−プロピルトリメトキシシラン、ｎ−プロピルトリエトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシランが挙げられる。
【００３６】
（第二有機分子）
第二有機分子３は、２−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−トリエトキシシリル−Ｎ−（１、３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン、３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビス（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、フッ素含有シランカップリング剤が挙げられる。
【００３７】
（表面処理装置）
図２に示すように表面処理装置は、表面処理チャンバー、水蒸気処理チャンバー、搬送チャンバーから構成されている。処理単位は基板１を１枚ずつ処理する所謂枚葉処理装置である。枚葉処理装置として、基板１が表面処理チャンバーから水蒸気処理チャンバーに直接移載することができず必ず搬送チャンバーを通って移載されるクラスター方式と、工程開始から終了まで一通であるワンパス方式の２つの方式がある。
【００３８】
（クラスター方式）
図２及び図３は、装置の構成を示す模式平面図であり、図２にクラスター方式の装置を示す。クラスター方式の表面処理装置３６は、搬送チャンバー１３を中心に表面処理チャンバー１５と水蒸気処理チャンバー１１がつながっており、表面処理チャンバー１５と水蒸気処理チャンバー１１はつながっていない。各チャンバーについては、上記した通りであるが、チャンバーをつなげることにより制約が生じる。
【００３９】
まず、表面処理チャンバー１５内は乾燥状態を保たなければならないため、搬送チャンバー１３の露点は表面処理チャンバー１５と同じ程度の露点にしなければならない。第一工程及び第三工程における処理時の表面処理チャンバー１５内の圧力は粘性流領域となる圧力であり、圧力は０．１Ｐａ以上となっている。この圧力条件にすることにより、生産性良く反応を進めることができる。また、処理時の表面処理チャンバー１５内の圧力は大気圧より低い圧力であり０．１ＭＰａより小さいか等しい圧力となっている。この圧力条件にすることにより、加圧装置を付加する必要がないので装置構成を簡略にすることができる。
【００４０】
また、搬送チャンバー１３にわずかに残る水蒸気を表面処理チャンバー１５に極力拡散させないために、搬送時の圧力は粘性流領域であり、圧力は０．１Ｐａ以上である。さらに、搬送チャンバー１３の圧力は、表面処理チャンバー１５と比較すると負圧に設定されている。
【００４１】
表面処理チャンバー１５において、第一有機分子５及び第二有機分子３を導入している場合、圧力は０．１Ｐａ〜大気圧までの処理が可能であるが、第一有機分子５及び第二有機分子３の分圧は、処理温度での各原料の蒸気圧以下にしなければならない。第一有機分子５及び第二有機分子３を用いる工程では水分を嫌うため、露点は−６０℃以下にしなければならない。同様に搬送チャンバー１３での露点も−６０℃以下にしなければならず、露点が−６０℃以下になったことを確認した上で表面処理チャンバー１５と搬送チャンバー１３との間にあるゲートバルブ１４が開く設定になっている。
【００４２】
水蒸気処理チャンバー１１において、水の沸点より低い温度帯では、湿度が５０〜９５ＲＨ％の範囲であることが好ましい。よって、搬送チャンバー１３への水分の拡散を抑制するために、搬送時の圧力は粘性流領域であり、圧力は０．１Ｐａ以上であり、水蒸気処理チャンバー１１の圧力は、搬送チャンバー１３と比較すると負圧に設定されている。第三工程においても、処理時の表面処理チャンバー１５内の圧力は粘性流領域となる圧力であり、圧力は０．１Ｐａ以上となっている。この圧力条件にすることにより、生産性良く反応を進めることができる。また、処理時の表面処理チャンバー１５内の圧力は大気圧より低い圧力であり０．１ＭＰａより小さいか等しい圧力となっている。この圧力条件にすることにより、加圧装置を付加する必要がないので装置構成を簡略にすることができる。
【００４３】
クラスター方式における基板１の搬送順は、搬送チャンバー１３（基板導入）、表面処理チャンバー１５（第一工程）、搬送チャンバー１３（水蒸気処理前）、水蒸気処理チャンバー１１（第二工程）、搬送チャンバー１３（第二有機分子３処理前）、表面処理チャンバー１５（第三工程）、搬送チャンバー１３（基板取り出し）である。
【００４４】
（ワンパス方式）
図３にワンパス方式の装置概略図を示す。図３に示すようにワンパス方式の表面処理装置３７の場合、表面処理チャンバーと搬送チャンバー、水蒸気処理チャンバーと搬送チャンバーとの関係はクラスター方式と同じである。ワンパス方式における基板１の搬送順は、搬送チャンバー１６（基板導入）、ゲートバルブ１７、表面処理チャンバー１８（第一工程）、ゲートバルブ１９、水蒸気処理チャンバー２０（第二工程）、ゲートバルブ２１、表面処理チャンバー２２（第三工程）、ゲートバルブ２３、搬送チャンバー２４（基板取り出し）である。ワンパス方式の場合、第一有機分子５を使用する第一工程と第二有機分子３を使用する第三工程を別のチャンバーで行うため、メンテナンスや装置管理に関するメリットはあるが、装置が大きくなるデメリットもある。
【００４５】
以上述べたように、本実施形態にかかる表面処理方法（図１）によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）基板１の表面の反応点から複数の反応点を生成できることで官能基を高い面密度で覆うことができる。また、同時に２次元的な広がりを向上できるため欠陥密度を低減することができる。さらに、原料と水蒸気の処理工程を、チャンバーを変えることで明確に分離することができ、気中で生成される多量体が抑制され基板１の表面での物理吸着分を抑制することができるため信頼性の高い表面を形成することができる。
【００４６】
（２）第一工程及び第三工程における処理時の表面処理チャンバー１５内の圧力は粘性流領域となる圧力であり、圧力は０．１Ｐａ以上となっている。この圧力条件にすることにより、生産性良く反応を進めることができる。また、処理時の表面処理チャンバー１５内の圧力は大気圧より低い圧力であり０．１ＭＰａより小さいか等しい圧力となっている。この圧力条件にすることにより、加圧装置を付加する必要がないので装置構成を簡略にすることができる。
【００４７】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良等を加えることが可能である。変形例を以下に述べる。
【００４８】
（変形例１）
図５は、変形例１にかかる表面処理工程を説明するための模式図である。上記実施形態１では、図１のように、表面の官能基が１種類であるものとして説明したが、この構成に限定するものではない。以下、変形例１にかかる表面処理方法について説明する。尚、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。
【００４９】
実施形態１で表面処理した後、図５（ａ）に示すように、第二工程と同様に、水分子６が浮遊する再度水蒸気雰囲気に暴露する。その結果、図５（ｂ）のように水酸基３１が生成される。さらに、図５（ｃ）に示すように、第三有機分子３２処理として他種の官能基を有するシランカップリング剤雰囲気に暴露すると、生成された水酸基３１と第三有機分子３２は脱アルコール反応により化学結合する。結果として、図５（ｄ）に示すように、基板表面には２種類の官能基が表面処理され、２種類の官能基を有する有機分子３３を備える膜が形成される。
【００５０】
以上述べたように、本変形例にかかる表面処理方法によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。バイオセンサーのようなある１つの官能基がある種の物質とだけ相互作用をする特性を利用したデバイスにおいて、１つのトランジスターに複数種の官能基を表面処理することによって、１つのトランジスターで複数の物質を検知することができるデバイスが製造可能になる。これは、検知したい物質毎にデバイスを製造せず、予め複数種の官能基を有するバイオセンサーを製造しておけば汎用的なバイオセンサーを製造することができる、ということである。当然ではあるが、実施形態１の方法では、ある種の物質だけ検知するバイオセンサーを製造することが可能である。
【００５１】
（変形例２）
上記実施形態１では、第一工程、第二工程、第三工程と表面処理を行った。第一工程、第二工程、第一工程、第二工程、…というように第一工程及び第二工程を複数行った後で第三工程を行っても良い。
【００５２】
この方法によれば、第一工程の前に表面に存在した水酸基２の２倍または３倍の表面密度になるため、所望の水酸基２の表面密度を制御することとなる。これによって所望の表面密度の第二有機分子３の膜にすることができる。
【００５３】
（変形例３）
上記実施形態１の第三工程では水酸基７から所望の官能基を有する第二有機分子３を化学結合させた。第二有機分子３には官能基がＣＨ3を有しても良い。そして、形成された膜を液晶表示装置の配向膜として使用しても良い。
【００５４】
本実施形態によれば、配向膜上の水酸基２を減少させるため、液晶と水酸基２との相互作用を抑えることとなる。これによって、可視光領域の光が当たり続けることで発生する水酸基２と相互作用している液晶の耐光性劣化を抑えられる。従って、耐光性向上という効果を得ることができる。
【００５５】
（変形例４）
上記実施形態１の第三工程では水酸基７から所望の官能基を有する第二有機分子３を化学結合させた。第二有機分子３には官能基がＮＨ2を有しても良い。そして、形成された膜を半導体装置、ＭＥＭＳ及びプリンターヘッドに用いる接着剤と被接着体を接着するときもプライマー膜として使用しても良い。
【００５６】
本実施形態によれば、被接着体におけるアミノ基の表面密度が高くなるため、接着剤との接着強度が強くなる。これによって、例えばプリンターヘッドの接着部分においてインクと接する場所においてインク接液による耐久性を向上することができる。従って、プリンターヘッドの信頼性向上という効果を得ることができる。さらに、半導体装置、ＭＥＭＳを接着するときにおいても接着強度を強くすることができる。従って、衝撃が加わるときにも接着した場所が剥がれることがない為、信頼性を高くすることができる。
【００５７】
（変形例５）
上記実施形態１の第三工程では水酸基７から所望の官能基を有する第二有機分子３を化学結合させた。第二有機分子３には官能基がＣＦ3を有しても良い。そして、形成された膜を半導体装置、ＭＥＭＳ及びプリンターヘッドに用いる撥液膜として使用しても良い。
【００５８】
本実施形態によれば、被接着体におけるアミノ基の表面密度が高くなるため、撥インク面を機能させる有機分子の表面密度を高くすることができる。これによって、例えば、プリンターヘッドのノズルプレートにおける撥インク性を高くすることができる。従って、ノズル周りの残留インクを抑えることができる。その結果、プリンターヘッドの信頼性向上という効果を得ることができる。さらに、半導体装置、ＭＥＭＳに撥液膜を形成するときにおいても撥液性を高くすることができる。従って、高い撥液性を備えた半導体装置、ＭＥＭＳを提供することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１…基板、２…水酸基、３…第二有機分子、５…第一有機分子、６…水分子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に水酸基が露出している基板に気化した有機分子を化学結合させる表面処理方法であって、
３つまたは４つの官能基が同じアルコキシ基を有するシランカップリング剤を第一有機分子とし、
前記第一有機分子と前記表面の前記水酸基とを減圧環境にて化学結合させる第一工程と、
前記第一工程で前記表面と化学結合した前記第一有機分子の前記アルコキシ基と水分子とを減圧環境にて化学結合させ、前記第一有機分子の前記アルコキシ基を水酸基にする第二工程と、
前記第一有機分子と異なる機能を有する官能基を１つ有し、その他２つまたは３つの官能基がアルコキシ基であるシランカップリング剤を第二有機分子として、
前記第二有機分子と前記第二工程で生成された前記水酸基とを減圧環境にて化学結合させる第三工程と、を有し、
前記第一工程、前記第二工程、前記第三工程の前記減圧環境の圧力が０．１Ｐａより大きく０．１ＭＰａより小さいか等しいこと、を特徴とする表面処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の表面処理方法において、
前記第一工程と前記第二工程とを反復することを特徴とする表面処理方法。
【請求項３】
請求項１及び２に記載の表面処理方法を用いた、液晶表示装置に用いる配向膜の形成方法であって、
前記第二有機分子における前記第一有機分子と異なる機能を有する前記官能基がＣＨ3を有することを特徴とする配向膜の形成方法。
【請求項４】
請求項１及び２に記載の表面処理方法を用いた、半導体装置、ＭＥＭＳ及びプリンターヘッドに用いる接着剤と被接着体とを接着するときの前記被接着体のプライマー処理方法であって、
前記第二有機分子における前記第一有機分子と異なる機能を有する前記官能基がＮＨ2を有することを特徴とするプライマー処理方法。
【請求項５】
請求項１及び２に記載の表面処理方法を用いた、半導体装置、ＭＥＭＳ及びプリンターヘッドに用いる撥液膜形成方法であって、
前記第二有機分子における前記第一有機分子と異なる機能を有する前記官能基がＣＦ3を有することを特徴とする撥液膜形成方法。
【請求項１】
表面に水酸基が露出している基板に気化した有機分子を化学結合させる表面処理方法であって、
３つまたは４つの官能基が同じアルコキシ基を有するシランカップリング剤を第一有機分子とし、
前記第一有機分子と前記表面の前記水酸基とを減圧環境にて化学結合させる第一工程と、
前記第一工程で前記表面と化学結合した前記第一有機分子の前記アルコキシ基と水分子とを減圧環境にて化学結合させ、前記第一有機分子の前記アルコキシ基を水酸基にする第二工程と、
前記第一有機分子と異なる機能を有する官能基を１つ有し、その他２つまたは３つの官能基がアルコキシ基であるシランカップリング剤を第二有機分子として、
前記第二有機分子と前記第二工程で生成された前記水酸基とを減圧環境にて化学結合させる第三工程と、を有し、
前記第一工程、前記第二工程、前記第三工程の前記減圧環境の圧力が０．１Ｐａより大きく０．１ＭＰａより小さいか等しいこと、を特徴とする表面処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の表面処理方法において、
前記第一工程と前記第二工程とを反復することを特徴とする表面処理方法。
【請求項３】
請求項１及び２に記載の表面処理方法を用いた、液晶表示装置に用いる配向膜の形成方法であって、
前記第二有機分子における前記第一有機分子と異なる機能を有する前記官能基がＣＨ3を有することを特徴とする配向膜の形成方法。
【請求項４】
請求項１及び２に記載の表面処理方法を用いた、半導体装置、ＭＥＭＳ及びプリンターヘッドに用いる接着剤と被接着体とを接着するときの前記被接着体のプライマー処理方法であって、
前記第二有機分子における前記第一有機分子と異なる機能を有する前記官能基がＮＨ2を有することを特徴とするプライマー処理方法。
【請求項５】
請求項１及び２に記載の表面処理方法を用いた、半導体装置、ＭＥＭＳ及びプリンターヘッドに用いる撥液膜形成方法であって、
前記第二有機分子における前記第一有機分子と異なる機能を有する前記官能基がＣＦ3を有することを特徴とする撥液膜形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１９２３０７（Ｐ２０１２−１９２３０７Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５６２５７（Ｐ２０１１−５６２５７）
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]