JPS63258670A

JPS63258670A - 薄膜の積層方法および装置

Info

Publication number: JPS63258670A
Application number: JP62090940A
Authority: JP
Inventors: Takao Aoki; 孝夫青木
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1987-04-15
Filing date: 1987-04-15
Publication date: 1988-10-26

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】［産業上の利用分野］本発明は、ａ膜の積層方法に関するものであり、さらに
詳しくは、水面上に形成された薄膜を基板上に積層する
方法に関するものである。

［従来の技術］近年、電子材料や光学材料の有機月料化に伴い、要素技
術としての超薄膜化技術の重要性が増大している。この
ような流れの中で、機能分子の単分子膜を水面上に形成
するＬａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ法（ＬＢ法）
が注目を集めている。この方法は水面上に目的とする超
薄膜を形成させて、その超薄膜を基板上に積層していく
ものである。超薄膜の積層方法としては、新実験化学講
座１８巻「界面化学Ｊ　ｐｐ４９８〜５０７（丸首）に
紹介されているように、垂直浸漬法や水平付着法、回転
円筒法などが考案されている。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、これらの方法では多数の基板へ超薄膜を
効率的に積層するにあたっては、基板の交換などの繁雑
な操作が必要である。

本発明は、かかる従来技術の欠点を解消しようとするも
のであり、多数の基板への連続的な積層プロセスへの適
応が可能な超薄膜の積層方法および装置を提供するもの
である。

［問題点を解決するための手段］上記目的を達成するために本発明は下記の、構成からな
る。

すなわち、本発明は、「（１）気体おにび液体から選ばれる１つと、液体との
間の界面に形成されたａ膜を基板上へ積層する方法にお
いて、水平方向に保たれた基板を基板支持部の回転運動
によって薄膜へ密むさせることを特徴とする薄膜の積層
方法。

（２）気体および液体から選ばれる１つと、液体との間
の界面に形成された薄膜を形成する部分と、基板を水平
に保つための基板支持部、そして該基板支持部に薄膜面
と垂直な回転運動を与える部分を有する薄膜の積層装置
。」に関する。

本発明において、気体および液体から選ばれる１つと、
液体との間の界面に形成された薄膜としては、Ｌａｎｇ
ｍＤｉｒ−ＢｌＯｄｑｅｔｔ法によって大気／水界面に
形成された超薄膜や、同様の手法を水／有機溶媒界面に
適応して形成された超薄膜で、膜厚２００ｎｍ以下であ
ることが好ましい。薄膜の素材としでは、ＬＢ法によっ
て単分子膜を形成することのできる両親媒性物質が好ま
しい。

本発明において、超薄膜を積層する基板としては、とく
に限定されるものではないが、ごみ、はこり、よごれの
ない清浄表面を有するもので超薄膜を積層する場合に超
薄膜に対して膜構造の乱れやピンホールなどを与えない
ものが望ましい。具体的（は、高度に研磨した金属やガ
ラス、電極を蒸着したり、塗布したガラス板やフィルム
が電子材料用途には用いられ、分離膜の用途には、多孔
性フィルムなどが用いられる。また、基板と超薄膜との
親和性を向上させ密着性を高めるために、予め基板表面
に表面処理を行ってもよい。

本発明の具体例を図面を用いて説明する。第１図、第２
図は本発明の実施に適した鋳型的な方法例を示す断面図
である。しかし、本発明はこれらに限定されるものでは
ない。

第１図、第２図において基板４は、基板支持部５に薄膜
積層面を下方に向けて固定されている。

また、基板支持部５は第２図に示すように回転ロール６
に支持棒７を介して固定されているが、基板支持部５は
、支持棒７を中心にして自由に回転できる構造を有して
いるものとする。このため回転ロール６を第１図の矢印
方向に回転させても、基板５は重力の作用により常に水
平に保たれ、薄膜積層面を下方に向けて運動することに
なる。一方、水槽１には、水２が入れられており、ｔａ
ｎｇｍｕｉｒ−ＢＩＯｄ（ｌｅｔｔ法の製膜に必要な機
構（膜素材溶液の注入装置や表面圧の制御機構など）が
、備えられているものとする。（図面には図示されてお
らず、また、８は浮板である）。このとき、基板４の薄
膜積層面の最低位置と水２の表面位置を合せておくこと
により、水面上に形成された超薄膜３は基板４が回転ロ
ール６の回転にしたがって最低位置に来た時に薄膜積層
面と密着し、その復、超薄膜と一体化した基板４は、回
転ロール６の回転に従って上昇し水面からはがされるこ
とになる。

したがって、この基板の密着−上昇の操作が回転ロール
６の回転によって容易に達成できる。また、これまでの
ラックピニオンとリミットスイッチを用いた基板の上下
動装置に比べて繰返しの位置精度も極めて良いものとな
る。このため、製膜一回転ロールへの基板および基板支
持部の装着一回転−密着−上昇一基板および基板支持部
の脱着の操作を一定のタイミングで制御することによっ
てこれまで自動化が困難であった水面上での超薄膜の形
成と複合化が連続的なプロセスとして成立可能になった
。また、水面展開膜のように連続的に形成される薄膜に
対しては、基板の周囲に、余分な膜を取除く機構や、連
続的に膜を引出していく装置を加えることによって容易
に対応可能になる。

本発明において、基板の回転速度は積層する超薄膜の種
類に応じて適宜実験的に定めれば良いが、一般的には基
板の中央部で０．０１〜１．０ｍ／ｍｉｎ程度が積層を
行う際に膜に対して無理な力がかからず超薄膜を破壊し
たり、積層が不均一になったりすることが少ない。また
、回転ロールまたは回転ロールを駆動するモーター等に
エンコーダーをとりつけて回転速度や回転角度の検知が
可能になれば超薄膜の積層を効率的かつ精密に行うこと
ができる。また、基板の動きは薄膜の形成および積層の
工程において必要に応じて、停止させてもよい。

また、基板の最低位置と水面との位置関係も積層する超
薄膜の種類に応じて適宜実験的に定めれば良いが、形成
された超薄膜がこわれやすいものについては水面と基板
の最低位置を精密に一致させる必要がある。また、高分
子の水面展開膜のようにある程度機械的強度のあるもの
については、基板の最低位置を水面よりもＱ、５ｍｍ程
度低くして基板を超薄膜におしつけるようにすると基板
と超薄膜の密着性が向上する。

本発明における薄膜の積層装置とは、気体および液体か
ら選ばれる１つと、液体との間に薄膜を形成する部分と
基板を水平に保つための基板支持部、そして該基板支持
部に簿膜面と垂直な回転運動を与える部分を有する装置
である。

気体および液体から選ばれる１つと、液体との間に薄膜
を形成する部分とは、一般にＬａｎｇｍｕ　ｉ　ｒ−Ｂ
１０ｄ（ｌｅｔｔ法による薄膜の製造を具現化する装置
であればとくに限定されるものではない。具体的には、
新実験化学講座１８巻「界面化学Ｊ　ｐｐ４３９〜５１
６（丸首）に紹介されている方法などがとくに好ましい
。また、市販のＬＢ膜製造装置を用いてもかまわない。

基板を水平に保つための基板支持部としては、前述のよ
うに一端を自由に回転可能な支持棒で支えることによっ
て重力によって基板を水平に保つようにするのが最も容
易であるが、基板の形状等によりバランスのとりにくい
場合には、回転ロールの回転にしたがって常に基板が水
平を保っているような機構を用いてもよい。

基板支持部に薄膜面と垂直な回転運動を与える部分とし
ては、第１図に記載のように回転ロールをモーター等で
駆動するのが最も容易であるが、とくにこの方法に限定
されるものではない。また、この回転運動は出来るかぎ
り円滑なものが望ましく、震動などによって薄膜の積層
が不均一にならないようなものが好ましい。

また、装置全体は出来るかぎりクリーンな状態に保たれ
ることが好ましく、製膜−積層−上昇の一連の過程にお
いて水面や超薄膜面にごみ、はこり、油分が付着するこ
とを極力避ける構造にすることが好ましい。

さらに、多数の基板に連続的に薄膜を積層していくため
に１個の回転ロールに複数の基板支持部を取付けたり、
自動的に基板の交換を行う機構を組入れることもとくに
限定されるものではない。

また、本発明は、水面展開法への適応も可能である。そ
の際、薄膜の素材としては、溶媒注型によつ実質的に無
孔性の薄膜を形成しえる任意の重合体が好ましい。また
、水面展開法においても、第１図、第２図を用いて説明
した方法によって、好ましく積層することができるが、
さらに、該方法のように連続的に形成される薄膜に対し
ては、基板周囲に、余分な、膜を取除く機構や、連続的
な膜を引出していく装置を加えることによって、容易に
対応可能になる。また、気体および液体から選ばれる１
つと、液体との間に薄膜を形成する部分としては、一般
に水面展開法による薄膜の製造を具現化する装置であれ
ばとくに限定されるものではないが、凸材によって「表
面Ｊ　、　ｖｏｌ１２３．ｎｏ、１．ｐｐ８〜１６で水
上延展法として紹介されている方法や特開昭５８−９２
５２６号公報、特願昭６１−１２５０２号公報記載の方
法がとくに好ましい。また、特開昭６０−１９３５３７
号公報や特開昭６０−１９３５３７号公報記載のように
水／有機溶媒界面に薄膜を形成する方法を用いてもよい
。

［実施例］実施例によって更に説明に説明するが、本発明は、これ
らに限定されるものではない。

実施例１製膜装置の展開槽部分は、Ｗｉｌｈｅ１ｍｙ型の表面圧
測定装置とテフロン製仕切り棒による表面圧調整機構を
備えたテフロンコーテイング槽（５０ｘ　１９ｘ　１　
、５ｏ（＞を用いた。薄膜の積層部分は第１図、または
第２図に示した。モーター駆動の基板支持部を有するも
のを用いた。基板としてはクロムメッキを施した金属板
の上にステアリング酸バリウム層を形成させたものを用
いた。

膜素材としては、１．４−ごスーステアリルアミノアン
トラキノンのベンゼン溶液を用い、２９．５ｄｙｎ／ｃ
ｍの表面圧で、基板上への単分子膜層の積層を繰り返し
た。積層は基板が単分子膜に接触したところで基板支持
部の駆動をとめて、ガラス製仕切り棒で基板周囲の薄膜
層を除いた後、再度基板支持部を駆動させることによっ
て行なった。形成された１、４−ビス−ステアリルアミ
ノアントラキノン層について積層回数に応じてエリプソ
メトリ法により膜厚測定を行なった。測定された膜厚は
積層回数の増加に伴ってほぼ直線的に増大し、薄膜の積
層が効果的に行なわれていることを示した。

［発明の効果］本発明によれば、超薄膜の製造方法として有効なＬａｎ
ｇｍＬＩｉｒ−ＢＩＯｄＣｌｅｔｔ法によって水面上に
形成された超薄膜を平面状の基板表面に効率的に積層可
能であり、多数の基板に対しても連続的な積層が可能と
なり、またその際に用いる装買を提供することができる
。

また、本発明は、水面展開法によって、形成された超薄
膜にも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図、および第２図は本発明の１実施態様図であり、
第１図は横方向からの断面図でおり、第２図は、前方向
からの断面図で必る。１・・・水槽２・・・水３・・・超薄膜４・・・基板５・・・基板支持部６・・・回転ロール７・・・支持棒８・・・浮板

Claims

【特許請求の範囲】

（１）気体および液体から選ばれる１つと、液体との間
の界面に形成された薄膜を基板上へ積層する方法におい
て、水平方向に保たれた基板を基板支持部の回転運動に
よって薄膜へ密着させることを特徴とする薄膜の積層方
法。
（２）気体および液体から選ばれる１つと、液体との間
の界面に形成された薄膜を形成する部分と、基板を水平
に保つための基板支持部、そして該基板支持部に薄膜面
と垂直な回転運動を与える部分を有する薄膜の積層装置
。