JPH0475065B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、膜形装置に関し、特に異種分子層が
秩序正しく並んだ累積膜を形成させるのに優れた
成膜方法及び装置に関する。

［従来技術］ 従来、半導体技術分野並びに光学技術分野に於
ける素材利用はもつぱ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となつている。

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
料の利点として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も次から次へと生
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・チツプス）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。

このようなデバイスの主要な構成要素である有
機薄膜は単分子累積法を用いて作製される。単分
子累積法（別名ラングミユア・ブロジエツト法、
LB法）とは、親水基・疎水基をもつた分子の親
水性、疎水性を利用して秩序よく水の上に展開し
て単分子膜を形成した後、これを基板表面に移し
とる方法で、基板上に単分子膜あるいは単分子を
積層した単分子累積膜（これらをLB膜という）
の形成が可能である。

従来のこの種の方法及び装置について以下に説
明する。

第１図に示されるように、従来のこの種の装置
は、浅くて広い角型の水槽１の内側に枠２が水平
に水面３を仕切るように置かれている。枠２は二
次元シリンダとして機能し、枠２の内側には方形
の浮子４が浮かべられ、浮子４の幅は枠２の内寸
より僅かに狭く造つてあり、二次元ピストンとし
て左右に滑らかに移動できるようになつている。
浮子４を左右に移動させるためにワイヤー５を介
して浮子４はモーターなどを利用した巻き取り装
置６と結ばれている。

単分子膜の形成の際には、膜の構成物質をベン
ゼン、クロロホルム等の揮発性溶媒に溶かし、水
面３上に滴下する。溶媒が揮発した後には、二次
元系の挙動を示す単分子膜が水面３上に残され
る。分子の面密度が低い時は、二次元気体の気体
膜と呼ばれる。浮子４を右方向へ移動することで
単分子が展開する水面３の広がりを縮めて面密度
を増加して行くと、分子間の相互作用が強まり、
二次元液体の液体膜を経て、二次元固体膜へと変
化する。この固体膜になると分子の配列配向はき
れいにそろい、半導体を構成する材料に要求され
る高度の秩序性及び均一な超薄膜性を持つにいた
る。

単分子膜を水面３上から基板７表面上に移し取
る方法として、水面３上の単分子膜に累積操作に
好適な一定の表面圧をかけながら、基板ホルダー
８に取付けた基板７を垂直方向９に上下すること
により単分子膜を移しとる垂直浸漬法がある。こ
の方法では、第２図ａのように浸漬時だけ単分子
膜１０が付着するＸ型、第２図ｂのように浸漬時
にも引き上げ時にも単分子膜１０が付着するＹ
型、第２図ｃのように引き上げ時のみ単分子膜１
０が付着するＺ型の３種類がある。なお、第２図
の分子にて、１１は親水性部分、１２は疎水性部
分である。

第１図のような装置を使用して、例えばＹ型の
ヘテロ累積（累積方向に単分子膜の構成分子が異
なる）膜として第３図のような累積膜を作る場合
（第２図ｂ参照）、即ち、膜Ａの親水基１１ａと膜
Ｂの親水基１１ｂとの間にヘテロ接合を設ける場
合には、まず基板を上下して膜A₁，A₂を付け、
基板を水中に留めておき水面上の単分子膜Ａを捨
て、水面を浄化した後、水面上に単分子膜Ｂを作
り、基板を上下して膜B₁，B₂を付け、更に同様
の手順で膜A₃を付けていた。膜交換の際、水面
の浄化に時間がかかり、多層になればなる程時間
がかかつてしまう。また、膜交換の清浄の際に水
面が波立つてしまつたり、水面位が変化するなど
で基板上の水面位付近の累積膜はきれいに並ば
ず、この付近の累積膜は使用できない。

上述のように基板を上から吊り下げるなどの方
法で累積膜を製造する装置ではヘテロ膜すなわち
異種分子層が累積された膜を作る際に時間と手間
がかかり、使える膜を捨てなくてはならないな
ど、不都合な点が多々あつた。

［発明の目的］ 本発明の目的は、特に異種分子層が秩序正しく
並んでヘテロ累積膜が短時間に僅かの手間で形成
させることができ、また、従来の方法及び装置で
は得られ難かつた層構造の累積膜を形成し得る成
膜方法及びその装置を提供することにある。

［発明の構成および作用］ 本第１発明は、複数の成膜領域に区画された液
面上に成膜用分子群を展開し、基板を一の成膜領
域で分子群と交差させた後、基板を他の成膜領域
に移動させて分子群と交差させる成膜方法であつ
て、成膜領域の液面と交差することなく液面下に
没して移動する基板支持部材により基板を支持し
て前記基板を移動させることで、一の成膜領域か
ら他の成膜領域への前記基板の移動を液面下で行
うことを特徴とする成膜方法である。

また、本第２発明は、成膜用分子群を展開する
液面が複数の成膜領域に区画されていると共に、
先端部に基板を支持して前記基板を一の成膜領域
から他の成膜領域へと移動させる基板支持部材を
備えた成膜装置であつて、前記基板支持部材は、
成膜領域の液面と交差することなく、その先端部
が一の成膜領域から他の成膜領域へ各々の液面下
に没して移動するように配置されていることを特
徴とする成膜装置である。

本発明を図面を用いて説明する。第４図は本発
明の原理の概要を説明するための概略説明図であ
る。

角型の水槽１の中央に仕切り２があり液面は３
ａと３ｂの２つの成膜領域に分けられている。単
分子膜の構成物質Ａを３ａに、Ｂを３ｂに滴下
し、浮子４ａ，４ｂを不図示の移動装置で動か
し、任意の表面圧を成膜領域３ａ，３ｂにある膜
Ａ，Ｂにかける。このようにして水面３ａ，３ｂ
にできた単分子膜Ａ，Ｂを矢印１３〜１８の順番
で基板に移し取る。まず、成膜領域３ａ外に位置
している基板を矢印１３に従つて浸漬し、構成物
質Ａの単分子層をくぐらせて基板上にＡの単分子
層を付着させる。次に、液中の基板と水面上の
Ａ，Ｂの単分子層と相対的に水平方向（矢印１４
の方向）に移動せしめ、液中の基板を矢印１５に
従つて成膜領域３ｂより上に出すときに構成物質
Ｂの単分子層をくぐらせる。次に矢印１６，１
７，１８と前記の逆に移動させることにより第３
図に示したような親水基と親水基の間にヘテロ接
合を持つ累積膜が簡単に製作できる。このような
累積膜は、親水基部分に機能を持たせている分子
を累積した場合、異種分子の機能性部分が非常に
近くなるという利点がある。本発明は上述のよう
に、液中で基板を動かすことができるようにした
ことを特徴とした方法及び装置である。

また、特に本発明においては、後述する実施例
に示されるように、液中下での基板の移動を、成
膜領域３ａ，３ｂの液面と交差することのない基
板支持部材で行つており、基板の移動に際して成
膜領域３ａ，３ｂの液面が乱されない点にも大き
な特徴を有するものである。

［実施例］ 次に図面に示す実施例を挙げて本発明を説明す
る。

第５図は本第１発明の実施に用いる本第２発明
に係る装置の一実施例であり、正面断面図がａ、
側断面図がｂである。

１は水槽、２は水槽の液面を膜を展開させる成
膜領域３ａ，３ｂと膜を展開させない非成膜領域
に区画する枠、１９は非成膜領域の液面のみを貫
通して設けられた基板支持部材である。基板支持
部材１９は上下レール部２０と該上下レール部２
０から直角方向に延出された腕部２１と腕部２１
の先端に取付けられた基板ホルダー８とからなつ
ている。移動部２２はレール２３に沿つて左右方
向に移動するとともに上下レール部２０を上下に
移動させるもので、その内部に上下レール部２０
を上下に移動させるためのモータ（不図示）と自
身を左右方向に移動させるためのモータ（不図
示）を内蔵してある。

すなわち、第５図の装置にあつては、上下レー
ル部２０、腕部２１、及び基板ホルダー８より構
成された基板支持部材１９と、移動部２２とレー
ル２３とで基板を液中で水平方向に移動せしめる
手段を構成するものである。

角型の水槽１の内側には枠（仕切り）２ａが水
平に成膜領域３ａ，３ｂを仕切るように置かれて
いる。成膜領域３ａには浮子４ａ、成膜領域３ｂ
には浮子４ｂが浮かべられており、不図示の移動
装置及び表面張力計で成膜領域３ａ，３ｂが任意
の一定表面圧力になるようになつている。基板７
は基板ホルダー８に取り付けるが、この場合、上
下レール部２０を移動部２２内のモータによつて
上方へ上げてやる。また、基板７を取り付けた基
板ホルダー８は、上下レール部２０を介し移動部
２２内のモータによりレール２３上を左右に移動
できるようになつている。基板７を液中に沈めた
後、例えば単分子膜の構成物質Ａを３ａに、Ｂを
３ｂに滴下し、浮子４ａ，４ｂで表面張力を与え
てやり、単分子膜Ａ，Ｂを作る。そして、基板７
を上下、また、液中を左右に動かして膜Ａ，Ｂを
付けることで第３図のようなヘテロ累積膜が容易
にできる。また、分子の展開液面が２つになつて
いるので従来装置のように膜交換の手間を省くこ
とができる。なお枠２ａと浮子の組み合せの数を
増やして展開液面を３つ以上の多数にすることも
可能である。また、２種類の単分子膜の液面の例
を上げたが円形水槽を使うと多種の膜が累積でき
る。

上述の実施例を第６図に示す。円形水槽１の内
側に枠２が水平に液面３に置かれ、膜を展開する
成膜領域３ａ〜３ｄと膜を展開させない非成膜領
域に区画されている。そして基板支持部材１９は
非成膜領域の液面のみを貫通して設けられてい
る。

円形の水槽１の内側に枠２が水平に液面３に置
かれてある。枠３の内側は浮子４ａ，４ｂ，４
ｃ，４ｄで４つの成膜領域３ａ〜３ｄに分けられ
ている。浮子４ａは内側の丸棒状の回転軸２４に
固定され、浮子４ｂは円筒状の回転軸２５に固定
され、浮子４ｃは円筒状の回転軸２６に固定さ
れ、浮子４ｄは円筒状の回転軸２７に固定されて
いる。回転軸と浮子の固定状態を第７図に示す。
回転軸２４，２５，２６，２７の回転中心は一致
するが各々独立に回転運動しうる。そして回転軸
２４，２５，２６，２７は水槽下にあるモーター
（不図示）で各々独立に回転可能である。

これらの浮子４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを回転軸
２４，２５，２６，２７を中心に水槽下にあるモ
ーターで回転して単分子膜を移動させて基板７に
付着させる。基板７の上下はベース２８に取付け
られた上下移動機構２９の中を通る上下レール部
２０で行う。

また、ベース２８は水槽下に設けられたモータ
ー（不図示）により水平方向に回転移動しうる。
よつて、第６図の装置にあつては、ベース２８と
上下移動機構２９と上下レール部２０と上下レー
ル部から直角方向に延出された腕部２１と腕部２
１の先端に取付けられた基板ホルダー８とで基板
を液中で水平方向に移動（但し、第５図の場合と
異なり、略円弧を描いて水平方向に移動）せしめ
る手段を構成するものである。

上下レール部２０の下側の液中に没している部
分には基板ホルダー８があり、基板７が取付けて
ある。上下レール部２０は水槽１の外側の壁３０
と枠２との間に位置するので、移動により枠２内
の液面を波立たせたりすることがない。

浮子４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄには不図示ではあ
るが、表面圧力計が付けられていて、水槽下のモ
ーターで浮子を動かすことで成膜領域３ａ，３
ｂ，３ｃに展開した単分子膜の表面圧を任意の値
にすることができる。４つに仕切られた液面それ
ぞれに単分子膜を形成することもできるが、単分
子膜の状態（浮子の動きで表面圧がかかり過ぎて
しまう場合がある。）を考えると１つは膜を形成
しないか気体膜の状態にしておくのが望ましい。

また、基板を取付ける部分が１つだけの図が示
されているが、２つ以上あつても良い。更に基板
が上下する液面以外の液面に膜構成物質の滴下装
置を用いて不足する量を補充してやることもでき
る。

［発明の効果］ 本発明の装置にあつては、上記のように、基板
が液中において水平方向に移動せしめる手段を設
けたので、従来作製が困難であつたヘテロ累積膜
が容易にできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の方法及び装置の説明図、第２図
は単分子膜又は累積膜の分子配向から見た構造分
類図である。第３図は本発明の方法及び装置で容
易に得られるヘテロ累積膜の構造図、第４図は本
発明の原理の概要を示す概略説明図、第５図は本
発明の実施例でａは正面断面図、ｂは側断面図、
第６図は本発明の別の実施例を示す概略斜視図、
第７図は第６図の要部を示す上面図である。 １……水槽、２……枠、２ａ……枠（仕切り）、
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ……成膜領域、４…
…浮子、５……ワイヤー、６……巻き取り装置、
７……基板、８……基板ホルダー、９……垂直方
向、１０……単分子膜、１１……親水性部分、１
１ａ，１１ｂ……親水基、１２……疎水性部分、
１３，１４，１５，１６，１７，１８……矢印
（基板移動方向）、１９……基板支持部材、２０…
…上下レール部、２１……腕部、２２……移動
部、２３……レール、２４，２５，２６，２７…
…回転軸、２８……ベース、２９……上下移動機
構、３０……外側の壁、３１……内側の壁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の成膜領域に区画された液面上に成膜用
   分子群を展開し、基板を一の成膜領域で分子群と
   公差させた後、基板を他の成膜領域に移動させて
   分子群と公差させる成膜方法であつて、成膜領域
   の液面と公差することなく液面下に没して移動す
   る基板支持部材により基板を支持して前記基板を
   移動させることで、一の成膜領域から他の成膜領
   域への前記基板の移動を液面下で行うことを特徴
   とする成膜方法。 ２ 成膜用分子群を展開する液面が複数の成膜領
   域に区画されていると共に、先端部に基板を支持
   して前記基板を一の成膜領域から他の成膜領域へ
   と移動させる基板支持部材を備えた成膜装置であ
   つて、前記基板支持部材は、成膜領域の液面と交
   差することなく、その先端部が一の成膜領域から
   他の成膜領域へ各々の液面下に没して移動するよ
   うに配置されていることを特徴とする成膜装置。