DE3875957T2

DE3875957T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines duennen organischen films.

Info

Publication number: DE3875957T2
Application number: DE8888312200T
Authority: DE
Inventors: Syun C O Patent Division Egusa; Nobuhiro C O Patent Divi Gemma; Akira C O Patent Divisio Miura
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-03-16
Filing date: 1988-12-22
Publication date: 1993-03-25
Anticipated expiration: 2008-12-23
Also published as: EP0332786B1; EP0332786A3; US4927589A; JPH01315368A; EP0332786A2; DE3875957D1; JP2558839B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines organischen Dünnfilms, der eine gleichförmige Struktur aufweist und frei von Defekten oder Fehlern ist, auf der Grundlage der Langmuir-Blodgett- Technik.
In den letzten Jahren sind elektrische Bauelemente unter Verwendung eines nach der Langmuir-Blodgett-Technik (im folgenden als LB-Technik bezeichnet) hergestellten organischen Dünnfilm entwickelt und untersucht worden. Für die Anwendung eines nach der LB-Technik hergestellten organischen Dünnfilmes für ein elektrisches Bau-Element ist es wesentlich, einen aufgebauten Film, der ein(e) gleichförmige(s) Struktur oder Gefüge aufweist und frei von Defekten ist, herzustellen.
Eine herkömmliche Filmherstellungsvorrichtung für einen organischen Dünnfilm nach der LB-Technik umfaßt grundsätzlich eine Wanne zum Erzeugen einer Flüssigkeitsoberfläche, auf der ein monomolekularer Film zu entwickeln ist, eine Barriere zum Zusammendrücken des entwickelten monomolekularen Films, eine Antriebsvorrichtung für die Barriere und eine Oberflächendruckwaage zum Detektieren eines Oberflächendrucks des monomolekularen Films. Die Vorrichtung umfaßt zwei Arten von Vorrichtungen, d. h. eine Vorrichtung, die eine Barriere aufweist und die Barriere in einer Richtung bewegt oder verschiebt, und eine Vorrichtung, die zwei Barrieren aufweist und die Barrieren in zwei Richtungen verschiebt. Wenn mittels der obengenannten Vorrichtung organische Dünnfilme nach der LB-Technik hergestellt werden, werden organische Moleküle in einer Entwicklungslösung, wie Chloroform, gelöst und die Lösung mittels einer Spritzdüse (eines Injektors) auf die Flüssigkeitsoberfläche (in) der Wanne aufgetropft und auf dieser Tropfen für Tropfen entwickelt. Die auf der Flüssigkeitsoberfläche entwickelten Moleküle werden durch Antrieb (Verschieben) der Barriere zusammengedrückt bzw. verdichtet. In diesem Fall wird der Oberflächendruck des monomolekularen Films als Oberflächenmolekulardichte des monomolekularen Films durch die Oberflächendruckwaage überwacht, und der monomolekulare Film wird zur Einstellung eines vorbestimmten Oberflächendrucks π komprimiert. Sodann wird ein Substrat senkrecht zur Flüssigkeitsoberfläche, auf der der monomolekulare Film entwickelt ist, so bewegt, daß der entwickelte monomolekulare Film auf das Substrat übertragen und auf diesem aufgebaut wird.
Da die Oberflächendruckwaage zum Detektieren des komprimierten Zustandes des monomolekularen Films auf der Flüssigkeitsoberfläche, das Substrat, auf dem die monomolekularen Filme aufgebaut werden, und die Barriere zum Komprimieren des monomolekularen Films gegeneinander versetzt sind, ergeben sich folgende Probleme: Wenn nämlich die monomolekularen Filme auf dem Substrat aufgebaut werden, wird der monomolekulare Film auf der Flüssigkeitsoberfläche nahe dem Substrat verringert bzw. verdünnt, und der Oberflächendruck wird ebenfalls verringert. Die herkömmliche Filmherstellungsvorrichtung wird unter der Voraussetzung betrieben, daß eine Verringerung des Oberflächendruckes beim Aufbauen des monomolekularen Films unmittelbar auf den gesamten monomolekularen Film übertragen und gemittelt und durch die Oberflächendruckwaage detektiert wird. Die Barriere wird daher in einer Kompressionsrichtung verschoben, bis sich der monomolekulare Film wieder auf den vorbestimmten Oberflächendruck erholt. Mit dieser Operation soll der Aufbauvorgang des monomolekularen Films konstant beim vorbestimmten Oberflächendruck durchgeführt werden.
Moleküle, welche die Eigenschaften entsprechend obiger Voraussetzung aufweisen können, liegen jedoch nur begrenzt vor, z. B. in Form aliphatischer Moleküle. Da im Gegensatz dazu monomolekulare Filme, die aus Molekülen, wie farbstoffhaltigen Molekülen und Makromolekülen, geformt sind, eine hohe Viskosität aufweisen, wird eine Verringerung oder Abnahme des Oberflächendruckes des monomolekularen Films in der Nähe des Substrats nicht immer unmittelbar auf die vom Substrat getrennte Oberflächendruckwaage übertragen. Die Viskosität des auf der Flüssigkeitsoberfläche entwickelten monomolekularen Films bedeutet Ausbreitung, Relaxations-Charakteristika einer Belastung oder Spannung (Oberflächendruck), die entsteht, wenn eine gegebene Oberflächenbeanspruchung auf den monomolekularen Film einwirkt. Insbesondere verzögert die Viskosität des monomolekularen Films eine Ausbreitungszeit einer Änderung des Oberflächendruckes zur Oberflächendruckwaage. Wenn daher die Aufbauoperation von farbstoffhaltigen Molekülen oder Makromolekülen auf der Grundlage des durch die Oberflächendruckwaage detektierten bzw. gemessenen Oberflächendruckes fortgesetzt wird, verringert sich die Oberflächendichte des monomolekularen Films nahe dem Substrat fortlaufend oder kontinuierlich. Infolgedessen ist die Dichte des auf dem Substrat aufgebauten monomolekularen Films nicht konstant, so daß ein eine gleichförmige Struktur aufweisender und defektfreier aufgebauter Film nicht erzielt werden kann. Zum Übertragen des auf der Flüssigkeitsoberfläche befindlichen monomolekularen Films auf das Substrat muß der Oberflächendruck des monomolekularen Films gleich groß oder größer sein als ein vorgegebener Wert. Dieser Wert variiert in Abhängigkeit von den Arten der Moleküle, hydrophilen und hydrophoben Eigenschaften sowie den Bewegungsrichtungen des Substrats. Daher kann es in einem gegebenen Zustand möglich sein, den monomolekularen Film erfolgreich aufzubauen (oder zu züchten), während dies nicht möglich sein kann, wenn sich der Zustand ändert.
Wenn weiterhin die Barriere, das Substrat und die Oberflächenwaage voneinander getrennt sind, fließen die Moleküle radial von einem Bereich um das Substrat herum zum Substrat. Auch wenn das Aufbauen des monomolekularen Films möglich ist, tritt aus diesem Grund Ungleichförmigkeit der Moleküle längs der Grenzfläche zwischen dem Substrat und dem monomolekularen Film auf, so daß kein gleichförmiger monomolekularer Film erzielbar ist.
Zur Vermeidung der Ungleichförmigkeit der Molekulardichteverteilung bei der herkömmlichen Vorrichtung kann die Aufbaugeschwindigkeit des monomolekularen Films ausreichend herabgesetzt werden, um damit den Einfluß der Viskosität des monomolekularen Films auszuschalten, d. h. um damit den Oberflächendruck des monomolekularen Films nahe dem Substrat genau auf die Oberflächendruckwaage zu übertragen. Diese Methode benötigt jedoch eine lange Zeitspanne entsprechend dem 10- bis 1000-fachen derjenigen beim bestehenden Verfahren, und diese Methode ist in der Praxis nicht anwendbar.
Die vorliegende Erfindung ist zur Lösung des oben geschilderten Problems entwickelt worden; ihre Aufgabe ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung von organischen Dünnfilmen, die eine gleichförmige Struktur aufweisen und frei von Defekten sind, innerhalb einer kurzen Zeitspanne.
Zur Lösung der obigen Aufgabe umfaßt ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Schritte: Bereitstellen einer Flüssigkeitsoberfläche: zur Ausbildung eines Entwicklungsbereiches, auf dem ein monomolekularer Film organischer Moleküle entwickelbar ist; Entwickeln des monomolekularen Films aus den organischen Molekülen im Entwicklungsbereich; Zusammenpressen oder Verdichten des entwickelten monomolekularen Films auf einen vorbestimmten Oberflächendruck; und Bewegen eines Werkstückes mit einer Aufbaufläche durch den entwickelten monomolekularen Film in einer Richtung senkrecht zum monomolekularen Film, während das Werkstück mit der Aufbaufläche voran in waagerechter Richtung bewegt wird, um damit den monomolekularen Film auf der Aufbaufläche auf zubauen.
Eine Filmerzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt: Eine Wanne zum Aufnehmen einer Flüssigkeit, wobei die Wanne eine Flüssigkeitsoberfläche zum Bilden eines Entwicklungsbereiches aufweist, auf dem ein monomolekularer Film aus organischen Molekülen entwickelt wird oder ist; eine Zusammendrück- oder Verdichtungseinheit zum Verdichten des entwickelten monomolekularen Films auf einen vorbestimmten Oberflächendruck; eine Vertikalbewegungseinheit zum Belegen eines Werkstückes in einer Richtung senkrecht zum monomolekularen Film; eine Horizontalbewegungseinheit zum Bewegen des Werkstückes mit einer Aufbaufläche voran in einer horizontalen Richtung; und eine Antriebseinrichtung zum Antreiben der Vertikal- und Horizontalbewegungseinheiten in der Weise, daß das Werkstück in der Horizontalrichtung bewegt wird, während es in Vertikalrichtung aufwärts oder abwärts durch den entwickelten monomolekularen Film bewegt wird, uni dabei den monomolekularen Film an der Aufbaufläche aufzubauen bzw. zu bilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt der Aufbauvorgang ohne Herbeiführung einer Oberflächenbeanspruchung aufgrund einer Verringerung des Oberflächendruckes des monomolekularen Films. Das Prinzip der vorliegenden Erfindung ist nachstehend beschrieben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein im Entwicklungsbereich entwickelter monomolekularer Film mittels der Verdichtungseinheit, z. B. einer Barriere, auf einen vorbestimmten Oberflächendruck verdichtet bzw. komprimiert. Da jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung der monomolekulare Film durch Bewegung eines Werkstückes in einer Richtung parallel zum monomolekularen Film verdichtet bzw. komprimiert werden kann, braucht die Verdichtungsoperation (mit) der Barriere nicht in jedem Fall durchgeführt zu werden. Nachdem der monomolekulare Film auf den vorbestimmten Oberflächendruck verdichtet worden ist, wird das Werkstück mit einer vorbestimmten Horizontalbewegungsgeschwindigkeit in Vorwärtsrichtung bewegt, während es durch den monomolekularen Film abwärts bewegt wird. Damit kann ein erster monomolekularer Film auf der Aufbaufläche des Werkstückes aufgebaut werden. Anschließend wird das Werkstück mit der vorbestimmten Horizontalbewegungsgeschwindigkeit vorwärts bewegt, während es durch den monomolekularen Film aufwärts bewegt wird, wobei ein zweiter monomolekularer Film auf der Aufbaufläche aufgebaut wird. Es ist zu beachten, daß dann, wenn die Vertikalbewegung des Werkstückes von der Abwärtsbewegung auf die Aufwärtsbewegung und umgekehrt umgeschaltet wird, die Horizontalbewegung angehalten wird, wobei das Substrat um einige Millimeter in einen Zustand bewegt wird, in welchem die Oberfläche der Flüssigkeitsoberfläche unverändert bleibt. In diesem Fall wird kein monomolekularer Film auf dem Substrat aufgebaut, und es wird nur eine durch das Substrat und die Flüssigkeitsoberfläche gebildete Meniskuswelle geändert. Die obige Operation wird wiederholt, um n-lagige aufgebaute Filme auf der Aufbaufläche des Werkstückes zu erzeugen.
Wie oben beschrieben, wird während des Vorganges des Aufbauens des monomolekularen Films das Werkstück in eine Richtung parallel zum monomolekularen Film bewegt, so daß das Werkstück in einer Richtung zum Zusammendrücken oder Verdichten des monomolekularen Films bewegt wird. Damit kann eine Verringerung des Oberflächendruckes des monomolekularen Films nahe dem Werkstück, die bei der Überführung des monomolekularen Films auf die Aufbaufläche des Werkstückes verursacht wird, verhindert werden. Als Ergebnis tritt keine Oberflächenbeanspruchung des monomolekularen Films auf, und es kann ein aufgebauter Film erhalten werden, der eine gleichförmige Struktur aufweist und von Defekten frei ist.
Es wird bevorzugt, daß die Aufbauoperation des monomolekularen Films vorzugsweise in einem Zustand ausgeführt wird, in welchem das Fließen der Moleküle so reguliert ist, daß der monomolekulare Film nicht in den Abschnitt des Entwicklungsbereiches fließt, den das Werkstück passiert hat. In diesem Fall wird das Fließen der Moleküle relativ zur Aufbaufläche des Werkstückes während des Aufbauvorganges zu einem parallelen Fluß oder einer parallelen Strömung in Richtung auf die Aufbaufläche. Aus diesem Grund werden im Fluß der Moleküle weder verdünnte noch dichte Bereiche hervorgerufen, und es kann ein aufgebauter Film einer gleichförmigen Struktur einfacher erzielt werden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird oder ist ein langgestreckter Entwicklungsbereich einer Breite entsprechend derjenigen des Werkstückes durch zwei parallele Abstandstücke oder zwei parallele Fäden festgelegt, wobei der Aufbauvorgang des monomolekularen Films durchgeführt wird, während der Entwicklungsbereich durch das Werkstück in vordere und hintere Bereiche in bezug auf das Werkstück unterteilt ist. Bevorzugt ist die Breite des Entwicklungsbereiches nicht festgelegt, sondern kann wünschenswerterweise entsprechend der Breite verschiedener Werkstücke geändert werden.
Die Horizontalgeschwindigkeit des Werkstückes ist eine Geschwindigkeit zum Bewegen oder Verschieben des Werkstückes in Vorwärtsrichtung innerhalb des Entwicklungsbereichs um oder über eine Fläche entsprechend der Zahl der Moleküle eines Films, der durch die Vertikalbewegung des Werkstückes auf der Aufbaufläche pro Zeiteinheit aufgebaut wird. Insbesondere wird die Horizontalbewegungsgeschwindigkeit bestimmt, um die Oberflächenmolekulardichte des monomolekularen Films vor der Aufbaufläche des Werkstückes konstant zu halten; das Bestimmungsverfahren umfaßt eine Andruck- oder Zwangsmethode und eine Oberflächendruckmethode.
Bei der Zwangsmethode werden ein Aufbauverhältnis des monomolekularen Films vorgegeben und die Horizontalbewegungsgeschwindigkeit durch Multiplizieren der Vertikalbewegungsgeschwindigkeit mit dem Aufbauverhältnis ermittelt. Das Aufbauverhältnis ist ein Verhältnis einer Oberfläche der Aufbaufläche, die bei Vertikalbewegung des Werkstückes den monomolekularen Film durchläuft bzw. diesen passiert, zur Zahl der auf der Aufbaufläche aufgebauten Moleküle. Wenn beispielsweise das Aufbauverhältnis gleich 1 ist, ist die Horizontalbewegungsgeschwindigkeit des Werkstückes gleich der Aufwärts/Abwärtsgeschwindigkeit, und das Werkstück wird dabei in einer schrägen Richtung von 45 Grad bewegt. Zur Vermeidung der Störung, daß ein monomolekularer Film nicht auf der Aufbaufläche des Werkstückes aufgebaut werden kann und der Oberflächendruck des monomolekularen Films abnormal ansteigt, wird der Aufbauvorgang vorzugsweise durchgeführt, während der Oberflächendruck des monomolekularen Films mittels einer Oberflächendruckwaage überwacht wird.
Bei der Oberflächendruckmethode werden ein auf das Werkstück wirkender Druck detektiert und die Horizontalbewegungsgeschwindigkeit des Werkstückes auf der Grundlage des detektierten Drucks bestimmt. Wenn beispielsweise ein langgestreckter Entwicklungsbereich, welcher die gleiche Breite wie das Werkstück aufweist, festgelegt und durch das Werkstück in vordere und hintere Abschnitte gegenüber dem Werkstück, wie oben beschrieben, unterteilt ist, und dabei ein Oberflächendruck des im vorderen Abschnitt des Werkstücks entwickelten monomolekularen Films zu π1 und derjenige des am hinteren Bereich entwickelten monomolekularen Films zu π2 vorausgesetzt sind, erhält das Werkstück eine Druckdifferenz von Δπ = π1-π2 vom vorderen Abschnitt zum hinteren Abschnitt. Wenn daher ein Druckdifferenzdetektorteil zum Detektieren oder Messen von Δπ mit dem Werkstück gekoppelt ist oder wird und die Horizontalbewegungsgeschwindigkeit des Werkstückes so gesteuert wird, daß Δπ zu einer vorbestimmten Größe wird, kann ein idealer Aufbauvorgang mit jedem beliebigen Aufbauverhältnis durchgeführt werden.
Bei Anwendung der Oberflächendruckmethode kann ein Film auf verschiedene Arten erzeugt werden, wobei Methoden zum Detektieren der Druckdifferenzen folgende sind: Wenn beispielsweise ein auf zubauender monomolekularer Film im vorderen Abschnitt vor dem Werkstück entwickelt und verdichtet wird und im hinteren Abschnitt keine Moleküle entwickelt werden (π2 = 0), so gilt Δπ = π1. Wenn ein aufzubauen der monomolekularer Film im vorderen Abschnitt entwickelt wird und im hinteren Abschnitt ein monomolekularer Film einer niedrigen Viskosität entwickelt und verdichtet wird, so daß sich π2 = π1 ergibt, so gilt Δπ = 0. Es ist zu beachten, daß im letzteren Fall, falls das Werkstück für freie Bewegung vorwärts/rückwärts längs des Molekülentwicklungsbereiches zu einer Δπ = 0 liefernden Position angeordnet ist, der Absolutwert oder die Absolutgröße der auf das Werkstück wirkenden Druckdifferenz nicht immer detektiert zu werden braucht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Werkstück eine Funktion zum Detektieren (Messen) eines Oberflächendrucks des entwickelten monomolekularen Films und eine Funktion zum Verdichten des monomolekularen Films besitzen. Der Verdichtungsvorgang am monomolekularen Film kann daher unter Steuerung einer Molekulardichte nahe dein Werkstück durchgeführt werden. Auch wenn nicht der gesamte entwickelte monomolekulare Film auf einen vorbestimmten Oberflächendruck verdichtet wird, kann aus diesem Grund der Aufbauvorgang begonnen werden, sobald lediglich der Oberflächendruck nahe des Werkstückes einen gewünschten Wert erreicht. Aus diesem Grund ist es möglich, Moleküle, die eine hohe Viskosität besitzen und mit denen häufig ein verdichteter Film eines konstanten Oberflächendruckes schwierig zu erzielen ist, innerhalb einer kurzen Zeitspanne aufzubauen.
Ein besseres Verständnis dieser Erfindung ergibt sich aus der folgenden genauen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
Fig. 1 bis 4 eine Filmherstellungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei im einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der gesamten Vorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Aufsicht auf die Vorrichtung; und
Fig. 3 und 4 schematische Darstellungen der Aufbauvorgänge eines monomolekularen Films;
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer Filmherstellungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 bis 8 eine Filmherstellungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei im einzelnen zeigen:
Fig. 6 eine Seitenansicht der Vorrichtung;
Fig. 7 eine Aufsicht auf die Vorrichtung; und
Fig. 8 eine perspektivische Darstellung eines Halters;
Fig. 9 bis 12 eine Filmherstellungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei im einzelnen zeigen:
Fig. 9 eine Seitenansicht der Vorrichtung;
Fig. 10 eine Aufsicht auf die Vorrichtung;
Fig. 11 eine schematische Darstellung eines verdichteten Zustandes eines entwickelten monomolekularen Films; und
Fig. 12 eine graphische Darstellung des verdichteten Zustandes;
Fig. 13 bis 19 eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei im einzelnen zeigen:
Fig. 13 und 14 Seitenansichten zur Darstellung von Berührungs- bzw. Kontaktwinkeln zwischen einem Substrat und einer Flüssigkeitsoberfläche während der Aufwärts- bzw. Abwärtsbewegung des Substrats;
Fig. 15A und 15B Seitenansichten zur schematischen Darstellung eines Aufbauvorganges bei Abwärtsbewegung des Substrats;
Fig. 16A und 16B schematische Seitenansichten zur Darstellung jeweiliger Aufbauprozesse oder -vorgänge bei Aufwärtsbewegung des Substrats;
Fig. 17 eine perspektivische Darstellung einer Filmherstellungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform; und
Fig. 18 und 19 eine Seitenansicht bzw. eine Vorderansicht eines Aufbaumechanismus;
Fig. 20 bis 22 eine Filmherstellungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei im einzelnen zeigen:
Fig. 20 eine perspektivische Darstellung der gesamten Vorrichtung und
Fig. 21 und 22 eine Seitenansicht bzw. eine Vorderansicht eines Aufbaumechanismus, sowie
Fig. 23 eine schematische Darstellung einer Abwandlung eines Positionsdetektormechanismus und eines Drehantriebsmechanismus.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind vorliegend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 veranschaulicht eine Filmherstellungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung umfaßt eine Basis 10, auf die eine Wanne 12 mit einer rechteckigen Öffnung aufgesetzt ist. Die Innenfläche der Wanne 12 ist mit Teflon beschichtet und weist einen Wassermantel auf. Wasser 16 konstanter Temperatur kann über eine mit dem Wassermantel verbundene Wasserspeise(rohr)leitung 14 in die Wanne 12 eingespeist werden, wobei das Wasser 16 auf einer vorbestimmten Temperatur haltbar ist. Die Flüssigkeitsoberfläche des auf gleicher Temperatur gehaltenen, in der Wanne 12 enthaltenen Wassers 16 bildet einen Entwicklungsbereich 18, auf dem ein monomolekularer Film (noch näher zu beschreiben) entwickelt werden kann. Zwei aus einem Teflonband bestehende parallele Abstandhalter 20 sind über der Wanne 12 so angeordnet, daß sie mit der Flüssigkeitsoberfläche des Wassers 16 in Kontakt stehen, und verlaufen in Längsrichtung der Wanne. Die beiden Enden jedes Abstandhalters 20 sind an entsprechenden Rollen 21 befestigt. Die Rollen 21 sind an entsprechenden Leitstangen 22, die an den Seitenwänden der Wanne 12 befestigt sind, so montiert, daß sie in Axialrichtung der Stangen verschiebbar sind. Diese Leitstangen 22 verlaufen in einer Richtung senkrecht zu den Abstandhaltern 20. Die beiden Abstandhalter 20 sind somit in einer Richtung näher aufeinander zu oder voneinander hinweg verschiebbar. Der Entwicklungsbereich 18 ist durch die Abstandhalter 20 in eine langgestreckte rechteckige Form mit einer Breite entsprechend dem Abstand zwischen den Abstandhaltern unterteilt. Durch Einstellung des Abstandes zwischen den Abstandhaltern 20 kann die Breite des Entwicklungsbereiches 18 gleich der Breite eines Substrats 24, das als Werkstück (noch näher zu beschreiben) dient, eingestellt werden.
Am einen Endabschnitt der Wanne 12 ist eine aus einer langgestreckten flachen Platte bestehende vordere Barriere 26 angeordnet, die mit der Flüssigkeitsoberfläche des Wassers 16 in Berührung steht. Die Barriere 26 erstreckt sich in einer Richtung senkrecht zu den Abstandhaltern 20, und ihre beiden Endabschnitte ragen aus der Wanne 12 heraus. Eine außerhalb der Wanne 12 angeordnete Leit- (schraub)spindel 27 verläuft parallel zu den Abstandhaltern 20, d. h. in Längsrichtung der Wanne 20. Zwei Enden der Spindel sind durch zwei an der Basis 10 befestigte Lagerplatten 28 drehbar gelagert. An der einen Lagerplatte 28 ist ein Impuls- oder Schrittmotor 29 zum Drehen der Leitspindel 27 montiert. Zwischen den beiden Lagerplatten 28 ist eine parallel zur Leitspindel 27 verlaufende Leitschiene 30 angeordnet. Ein Bewegungstisch 31 steht mit der Leitspindel 27 und der Leitschiene 30 in Eingriff und ist in deren Axialrichtungen verschiebbar. Der Tisch 31 ist mit dem einen Ende der vorderen Barriere 26 über einen Arm 32 gekoppelt. Wenn somit der Impulsmotor 29 angesteuert wird, wird die Barriere 26 in Längsrichtung der Wanne 12 verschoben, um einen in dem zwischen den Abstandhaltern 20 festgelegten Entwicklungsbereich 18 auf noch näher zu beschreibende Weise entwickelten Film zu verdichten. Der Impulsmotor 29, die Leitspindel 27, die Leitschiene 30, der Bewegungstisch 31 und der Arm 32 bilden den Barrierenbewegungsmechanismus 25.
Die an der Lagerplatte 33 gehalterte Oberflächendruckwaage 34 ist über dem Entwicklungsbereich 18 angeordnet. Die Waage 34 weist ein in den Entwicklungsbereich 18 eintauchendes Filterpapier 34a auf und dient zum Messen des Oberflächendrucks eines im Entwicklungsbereich entwickelten monomolekularen Films. Der Impulsmotor 29 wird auf der Grundlage des durch die Waage 34 gemessenen Oberflächendruckes durch eine Barrierenantriebseinheit 35 angesteuert.
Von der Basis 10 stehen auf zwei Seiten der Wanne 12 zwei Tragsäulen 36 etwa lotrecht aufwärts. Eine Leit(schraub)spindel 37 und eine Leitstange 38 erstrecken sich zwischen den Säulen 36 und verlaufen parallel zu den Abstandhaltern 20 oberhalb des Entwicklungsbereiches 18. An der einen Tragsäule 36 ist ein Horizontalbewegungs-Impulsmotor 39 zum Drehen der Leitspindel 37 angebracht. Ein Bewegungstisch 40 steht mit der Leitspindel 37 und der Leitstange 38 in Eingriff. Wenn der Motor 39 angesteuert wird, wird somit der Tisch 40 in Axialrichtung der Leitspindel 37, d. h. in Horizontalrichtung verschoben. Die Leitspindel 37, die Leitstange 38, der Impulsmotor 39 und der Bewegungstisch 40 bilden einen Horizontalbewegungsmechanismus 42 zum Bewegen oder Verschieben des Substrats 24 in Horizontalrichtung.
Eine Leit(schraub)spindel 41 und eine Leitstange 49 erstrecken sich vom Bewegungstisch 40 abwärts in einer Richtung senkrecht zum Entwicklungsbereich 18. Am Tisch 40 ist ein Vertikalbewegungs-Impulsmotor 43 zum Drehen der Leitspindel 41 befestigt. Ein Bewegungstisch 44 steht mit der Leitspindel 41 und der Leitstange 49 in Eingriff. Bei Ansteuerung des Impulsmotors 43 wird der Tisch 44 in Vertikalrichtung bewegt. Ein als Werkstück dienendes rechteckiges Substrat 24 ist über einen Tragarm 45 am Tisch 44 gehalten. Die Leitspindel 41, die Leitstange 49, der Impulsmotor 43 und der Bewegungstisch 44 bilden einen Vertikalbewegungsmechanismus 46 zum Aufwärts/Abwärtsverschieben des Substrats 24 in einer Richtung senkrecht zum Entwicklungsbereich 18.
Eine langgestreckte, ebene bzw. planparallele hintere Barriere 48 aus Teflon ist über einen Tragarm 47 durch den Bewegungstisch 44 gehaltert und verläuft in einer Richtung senkrecht zu den Abstandhaltern 20. Die Barriere 48 steht mit der Flüssigkeitsoberfläche des in der Wanne 12 enthaltenen Wassers 16 und auch mit der Rückseite des Substrats 24 in Berührung. Die Barriere 48 ist zusammen mit dem Bewegungstisch 44 in Axialrichtung der Abstandhalter 20 verschiebbar.
Die Operationen oder Betätigungen der Horizontal- und Vertikal-Impulsmotoren 39 bzw. 43 werden durch eine Horizontal/Vertikalbewegungsantriebseinheit 50 gesteuert. In der Antriebseinheit 50 ist eine Berührungs- oder Kontaktposition zwischen dem Substrat 24 und dem Entwicklungsbereich 18 gespeichert. Die Einheit 50 besitzt eine Funktion zum Anhalten der Drehung des Impulsmotors 43, wenn das Substrat 24 bei seiner Vertikalbewegung aus dem Entwicklungsbereich herausgelangt. Das Substrat 24 wird horizontal bewegt, während es durch die Horizontal- und Vertikalbewegungsmechanismen 42 bzw. 46 und die Antriebseinheit 50 in einer Richtung senkrecht zum Entwicklungsbereich (d. h. aufwärts oder abwärts) bewegt wird. Gleichzeitig wird die hintere Barriere 48 horizontal bewegt oder verschoben, während sie mit der Rückseite des Substrats 24 in Berührung steht. Genauer gesagt: wenn sich das Substrat 24 vom Entwicklungsbereich 18 trennt, verhindert die hintere Barriere 48 einen Austritt eines monomolekularen Films zur Flüssigkeitsoberfläche hinter dem Substrat.
Unter Verwendung der oben beschriebenen Filmherstellungsvorrichtung wird ein LB-Film wie folgt erzeugt:
Der Abstand zwischen den Abstandhaltern 20 wird bei nicht in das Wasser 16 eintauchendem Substrat 24 eingestellt, um damit den Entwicklungsbereich 18 mit der gleichen Breite wie der des Substrats 24 festzulegen. In diesem Zustand werden organische Moleküle in dem durch die beiden Abstandhalter 20 sowie die vorderen und hinteren Barrieren 26 bzw. 48 abgeteilten Bereich entwickelt. Sodann wird die vordere Barriere 26 in Richtung auf die hintere Barriere 48 verschoben, um einen monomolekularen Film aus den organischen Molekülen zusammenzudrücken bzw. zu verdichten. Wenn dabei das Ausgangssignal von der Oberflächendruckwaage 24 einen Wert oder eine Größe anzeigt, der bzw. die kleiner ist als der vorbestimmte Oberflächendruck π, verschiebt die Antriebseinheit (oder Ansteuereinheit) 35 die vordere Barriere 26 mit einer konstanten Geschwindigkeit in der Verdichtungsrichtung vorwärts. Wenn das Ausgangssignal von der Waage 34 mit einem vorbestimmten Oberflächendruck π übereinstimmt, beendet die Einheit 35 die Vorwärtsverschiebung der vorderen Barriere. Anschließend verschiebt die Einheit 35 die vordere Barriere 26 vorwärts oder rückwärts, so daß das Ausgangssignal von der Waage 34 auf dem vorbestimmten Oberflächendruck π bleibt. Hierauf wird das Substrat 24 in den Entwicklungsbereich 18 eingetaucht. Dabei wird, wie aus Fig. 2 hervorgeht, das Substrat 24 so eingetaucht, daß seine Vorderseite. d. h. die Aufbaufläche 24a in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Abstandhalter 20 verläuft. Aus diesem Grund stehen die beiden Seitenkanten des Substrats 24 praktisch mit den jeweiligen Abstandhaltern 20 in Berührung. Bei dieser Ausführungsform ist oder wird das Substrat 24 so positioniert, daß seine Aufbaufläche 24a in einer Richtung senkrecht zum Entwicklungsbereich 18 verläuft.
In diesem Zustand werden die Horizontal- und Vertikalbewegungsmechanismen 42 bzw. 46 durch die Horizontal/Vertikalbewegungsantriebseinheit 50 so angetrieben oder angesteuert, daß das Substrat 24 in Richtung auf die vordere Barriere 26, d. h. mit der Aufbaufläche 24a voraus verschoben wird, während es durch den im Entwicklungsbereich 18 entwickelten monomolekularen Film hindurch abwärts bewegt wird. In diesem Fall sind die Abwärtsbewegungsgeschwindigkeit und die Horizontalbewegungsgeschwindigkeit des Substrats 24 im voraus entsprechend dem Aufbauverhältnis des monomolekularen Films bestimmt worden, und sie werden der Antriebseinheit (oder Ansteuereinheit) 50 eingegeben. Bei dieser Ausführungsform wird eine Zwangssteuerung durch die Antriebseinheit 50 so durchgeführt, daß die Abwärtsbewegungsgeschwindigkeit des Substrats 24 mit der Horizontalbewegungsgeschwindigkeit übereinstimmt. Gemäß Fig. 3 wird deshalb das Substrat 24 schräg abwärts durch den Entwicklungsbereich 18 hindurch bewegt. Als Ergebnis wird ein monomolekularer Film einer ersten Schicht auf der Aufbaufläche 24a aufgebaut. Nachdem das Substrat 24 über eine vorbestimmte Tiefe in das Wasser 16 eingetaucht worden ist, werden die Betätigungen der Horizontal- und Vertikalbewegungsmechanismen 42 bzw. 46 vorübergehend angehalten. Anschließend werden die Mechanismen 42 und 46 durch die Antriebseinheit 50 erneut angesteuert, so daß das Substrat 24 vor seiner Aufbaufläche 24a, d. h. mit dieser voraus, verschoben wird, während es aufwärts bewegt wird. Gemäß Fig. 4 wird daher das Substrat 24 durch den Entwicklungsbereich 18 schräg aufwärts bewegt, wobei auf der Aufbaufläche 24a ein monomolekularer Film einer zweiten Schicht aufgebaut wird. Der oben beschriebene Aufbauvorgang wird wiederholt, so daß eine erforderliche Zahl monomolekularer Filme auf der Aufbaufläche 24a aufgebaut bzw. zum Aufwachsen gebracht werden kann.
Da - wie oben beschrieben - der Entwicklungsbereich 18 durch die Abstandhalter 20 so abgeteilt ist, daß er praktisch die gleiche Breite wie das Substrat 24 besitzt, können die Moleküle durch die Abstandhalter 20 daran gehindert werden, hinter dem Substrat 24 herauszufließen, d. h. in den Bereich einzufließen, den das Substrat 24 bereits passiert hat. Wie in Fig. 2 durch Pfeile angedeutet, wird somit der Strom oder die Strömung der entwickelten Moleküle während des Aufbauvorganges zu einer Parallelströmung in einer Richtung senkrecht zur Aufbaufläche 24a des Substrats 24. Infolgedessen enthält die Strömung der Moleküle keinen verdünnten oder dichten Bereich. Auf diese Weise bilden die Abstandhalter 20 eine Einströmreguliereinrichtung 51 zur Regulierung der Strömung der Moleküle während des Aufbauvorganges. Das Substrat 24 wird vorwärts in einer Richtung zum Verdichten des entwickelten monomolekularen Films während des Aufbauvorganges bewegt. Daher ist es möglich, eine Abnahme des Oberflächendruckes des monomolekularen Films nahe dem Substrat aufgrund des Anhaftens des monomolekularen Films an der Aufbaufläche 24a des Substrats 24 zu kompensieren, so daß der Aufbauvorgang in einem Zustand durchführbar ist, in welchen im monomolekularen Film keine Oberflächenbeanspruchung oder -spannung auftritt.
Wenn während des Aufbauvorganges der monomolekulare Film aus irgend einem Grund nicht an der Aufbaufläche 24a des Substrats 24 zum Anhaften gebracht werden kann, ist der entwickelte monomolekulare Film durch die Horizontalverschiebung des Substrats übermäßig verdichtet (worden). Dabei können Moleküle zerstört worden sein. Zur Verhinderung einer Molekülzerstörung wird bevorzugt, den Aufbauvorgang durchzuführen, während der Oberflächendruck des monomolekularen Films überwacht wird. Wenn der Oberflächendruck des monomolekularen Films abnormal ansteigt, wird der Aufbauvorgang beendet.
Unter Verwendung eines hydrophoben Si-Substrats als Werkstück wurden tatsächlich (in der Praxis) makromolekulare Filme auf folgende Weise aufgebaut. Zunächst wurden Polypeptid- oder Polyimid-Moleküle in dem durch die Abstandhalter 20 sowie die vorderen und hinteren Barrieren 26 bzw. 48 abgetrennten Entwicklungsbereich entwickelt und durch die vordere Barriere 26 auf einen Oberflächendruck von 25 dyn/cm zusammengepreßt bzw. verdichtet. Anschließend wurden zur Wiederholung des beschriebenen Aufbauvorganges die Horizontal- und Vertikalbewegungsmechanismen 42 bzw. 46 angetrieben. Auf diese Weise wurde auf der Aufbaufläche des Si-Substrats ein 20-lagiger monomolekularer Film aufgebaut. Bei Betrachtung des so erhaltenen, aufgebauten Films mittels eines optischen Mikroskops und eines Elektronenabtastmikroskopes (SEM) bestätigte sich, daß der gebildete Film eine gleichförmige Struktur aufwies und frei von Defekten war.
In einem anderen praktischen Beispiel wurde der Aufbauvorgang unter Verwendung von 5 · 10&supmin;&sup6; M AlCl&sub3;-Lösung als wäßrige Lösung in der Wanne 12 sowie unter Verwendung einer Stearinsäure als die entwickelte molekulare Einheit durchgeführt. In diesem Fall wurde ebenfalls ein gut aufgebauter Film erhalten.
Der Vorgang des Aufbauens eines monomolekularen Films wurde versuchsweise mit einer herkömmlichen Filmherstellungsvorrichtung in der Weise durchgeführt, daß die Aufwärts/- Abwärtsbewegung des Substrats mit dem Verdichtungsvorgang des Films synchronisiert war. In diesem Fall konnte überhaupt kein monomolekularer Film auf dem Substrat aufgebaut oder erzeugt werden.
Bei der ersten Ausführungsform werden die beiden Abstandhalter 20 als Einfließverhinderungseinrichtung 52 benutzt. Diese letztere Einrichtung kann jedoch auch auf die in Fig. 5 gezeigte Weise angeordnet sein.
Bei dieser Ausführungsform ist eine sich über die Querrichtung der Wanne erstreckende Tragachse 54 an der Seitenwand der Wanne 12 angebracht, die an der Rückseite des Substrats 24 liegt. Auf der Tragachse 54 ist eine Rolle 60 drehbar gelagert, um die ein die Einfließverhinderungseinrichtung 52 bildendes Teflon-Regulierband 56 herumgewickelt ist. Das Band 56 besitzt eine der Breite des Substrats 24 entsprechende Breite. Anstelle der hinteren Barriere steht eine Tragstange 57, deren Länge der Breite des Substrats 24 entspricht, mit der Rückseite des Substrats in Berührung.
Die Tragstange 57 ist über Tragarme 47 durch den Bewegungstisch 40 gehaltert. Das freie Ende des Regulierbandes 56 ist an der Tragstange 57 befestigt, und das Band 56 steht dabei mit der Flüssigkeitsoberfläche des auf konstanter Temperatur gehaltenen Wassers 16 in Kontakt. Wenn die Tragstange 57 bei Verschiebung des Tisches 40 zusammen mit dem Substrat 24 vorwärts bewegt wird, wird das Regulierband 56 von der Rolle 60, sich mit dem Substrat 24 mitbewegend, abgespult. Aus diesem Grund bewegt sich während des Aufbauvorganges des monomolekularen Films das Regulierband 56 vorwärts, während es den Abschnitt des Entwicklungsbereiches 18 abdeckt, der vom Substrat 24 durchlaufen worden ist, um damit das Einfließen oder Einströmen von Molekülen in diesen Abschnitt zu verhindern.
Bei der zweiten Ausführungsform mit der oben beschriebenen Anordnung kann die Strömung der Moleküle während des Aufbauvorganges zu einer senkrecht zur Aufbaufläche 24a des Substrats 24 liegenden Parallelströmung werden. Infolgedessen kann ein guter, aufgebauter Film erzeugt werden.
Die Fig. 6 bis 8 veranschaulichen eine Filmherstellungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind den Teilen der ersten Ausführungsform entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und nicht mehr im einzelnen beschrieben.
Bei der dritten Ausführungsform bestehen zwei Abstandhalter 20 nicht aus Teflon-Bändern, sondern aus Teflon-Fäden. Die hintere Barriere ist weggelassen, und es ist nur die vordere Barriere 26 vorgesehen. Eine Langmuirtyp-Oberflächendruckwaage 34 ist an der vorderen Barriere 26 angebracht. Die Waage 34 weist einen langgestreckten, auf der Flüssigkeitsoberfläche des auf konstanter Temperatur gehaltenen Wassers 16 schwimmenden Schwimmer 61 auf. Der Schwimmer ist an der Innenseite der vorderen Barriere 26 parallel dazu angeordnet. Die beiden Enden des Schwimmers 61 sind mit der Barriere 26 über dünne Metallfolien 62 aus Au oder Pt, die als Blattfedern dienen, gekoppelt. Der Schwimmer ist mit einem an der Barriere 26 montierten Dehnungsmesser oder Dehnungsmeßstreifen 63 verbunden. Auf der durch die vordere Barriere, den Schwimmer 61 und die Metallfolien 62 eingeschlossenen Flüssigkeitsoberfläche entwickelt sich kein monomolekularer Film. Aus diesem Grund wird der Schwimmer 61 durch den Oberflächendruck π des monomolekularen Films, der sich auf dem durch die Abstandhalter 20, das Werkstück 64 (noch zu beschreiben) und den Schwimmer begrenzten Entwicklungsbereich 18 entwickelt, an die vordere Barriere 26 angedrückt, und er wird angehalten, wenn der Oberflächendruck mit der Elastizitätskraft der Metallfolien 62 ins Gleichgewicht gelangt. Die Position des Schwimmers 61 wird mittels des Dehnungsmessers 63 detektiert und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Der Oberflächendruck π des monomolekularen Films wird auf der Grundlage des elektrischen Signals, d. h. der Stellung oder Position des Schwimmers 61 gemessen. Der durch den Dehnungsmesser 63 gemessene Oberflächendruck π wird der Barrierenantriebseinheit 35 eingegeben, die sodann den Impulsmotor 29 des Barrierenbewegungsmechanismus 25 entsprechend dem detektierten Oberflächendruck ansteuert.
Der Vertikalbewegungsmechanismus 46 enthält einen Dehnungsmeßstreifen oder Dehnungsmesser 65 eines Rechtwinkel- Verdrängungstyps. Ein Werkstück 64 ist am Dehnungsmesser 65 über einen Tragarm 45 aufgehängt. Wenn über den Arm 45 ein Druck auf den Dehnungsmesser 65 einwirkt, wird im Dehnungsmesser 65 eine (mechanische) Spannung erzeugt, die durch einen dynamischen Dehnungsverstärker 66 in ein elektrisches Signal umgesetzt wird. Der Impulsmotor 39 des Horizontalbewegungsmechanismus 42 wird auf der Grundlage des elektrischen Signals vom Verstärker 66 durch eine Horizontalbewegungs-Antriebseinheit 50a angetrieben oder angesteuert. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Impulsmotor 43 des Vertikalbewegungsmechanismus 46 durch einen Vertikalbewegungs-Antriebsmechanismus 50b angesteuert wird.
Gemäß Fig. 8 besteht bei der dritten Ausführungsform das Werkstück 64 aus einem am unteren Ende des Tragarmes 45 befestigten Halter 67 und dem vom Halter gehaltenen oder getragenen Substrat 24. Der Halter 67 ist als dünnwandiges Rechteckprisma ausgebildet und am Tragarm 45 so befestigt, daß seine Vorderseite 67a senkrecht zum Entwicklungsbereich 18 und senkrecht zur Längsrichtung der Abstandhalter 20 liegt. Die Vorderseite 67a ist einer Oberflächenbehandlung so unterworfen worden, daß ein monomolekularer Film an ihr anhaften kann. In den beiden lotrecht verlaufenden Seitenflächen des Halters 67 sind jeweils in lotrechter Richtung verlaufende Leitnuten 68 ausgebildet. Zwei in lotrechter Richtung verlaufende Drähte 69 sind durch den Halter 67 so hindurchgeführt, daß sie in ihrer Axial- oder Achsrichtung bewegbar sind. An jedem Draht 69 ist ein mit Teflon beschichteter Haken 70 befestigt, der über die betreffende Leitnut 69 vom Halter 67 nach außen ragt. Jeder Haken 70 ist daher längs der betreffenden Leitnut 68 lotrecht verschiebbar. Das Substrat 24 wird durch zwei Halteelemente 71 gehalten, während seine Rückseite mit der Vorderseite 67a des Halters 67 in enger Berührung steht.
Wenn das Werkstück 64 gemäß Fig. 8 durch den Vertikalbewegungsmechanismus 46 in einem Zustand, in welchem der Abstand zwischen den Abstandhaltern 20 praktisch gleich der Breite des Halters 67 eingestellt ist, abwärts verschoben wird, verhaken sich die beiden Haken 70 von der Oberseite mit den betreffenden Abstandhaltern 20. Während der Horizontalverschiebung des Werkstückes 64 verschieben sich die Haken 70 auf den Abstandhaltern 20 mit nur geringer Reibung. Der zwischen den Abstandhaltern 20 definierte Entwicklungsbereich 18 wird durch das Werkstück 64 in vordere und hintere Abschnitte unterteilt. Der Abstand zwischen den Abstandhaltern 20 wird so eingestellt, daß er geringfügig größer ist als die Breite des Halters 67 (um z. B. 0,5 mm).
Eine Methode bzw. ein Verfahren zur Erzeugung eines LB-Films mittels der Filmherstellungsvorrichtung mit der oben beschriebenen Anordnung ist nachstehend erläutert.
Zunächst wird das untere Ende des Werkstückes 64 in den Entwicklungsbereich 18 eingetaucht, nachdem der Abstand zwischen den Abstandhaltern 20 im wesentlichen gleich der Breite des Halters 67 eingestellt worden ist, wodurch der Entwicklungsbereich in vordere und hintere Abschnitte unterteilt wird. In diesem Zustand werden im vorderen Abschnitt, d. h. in einem durch die Abstandhalter 20, das Werkstück 64 und den Schwimmer 61 (sowie die vordere Barriere 26) festgelegten Abschnitt, organische Moleküle entwickelt. Anschließend wird der monomolekulare Film durch die vordere Barriere 26 zusammengedrückt oder verdichtet, um einen vorbestimmten Oberflächendruck π1 zu erhalten. Da der hintere Abschnitt aus einer reinen Wasseroberfläche besteht, beträgt sein Oberflächendruck π2 = 0. In diesem Fall wird durch die auf das Werkstück 64 wirkende Druckdifferenz Δπ = π1 im Dehnungsmesser 50 eine mechanische Spannung oder Beanspruchung erzeugt, die durch den dynamischen Dehnungsverstärker 66 in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Anschließend treibt die Horizontalbewegungs-Antriebseinheit 50a den Horizontalbewegungsmechanismus 42 so an, daß das Werkstück 64 dann, wenn das elektrische Signal unterhalb einer vorbestimmten Größe liegt, vorwärts und im anderen Fall rückwärts verschoben wird.
Wenn das Werkstück 64 in einem kleinen Bereich abwärts verschoben wird, baut sich der im Entwicklungsbereich 18 vorhandene monomolekulare Film an der Aufbaufläche 24a des Substrats 24 auf. Da in diesem Fall die Moleküle vor dem Substrat 24 eine große Viskosität besitzen, wird eine kleine Abnahme im Oberflächendruck des monomolekularen Films nahe dem Substrat nicht auf die an der vorderen Barriere 26 angebrachte Oberflächendruckwaage 34 übertragen. Die Abnahme oder Verringerung des Oberflächendrucks wird jedoch durch den Dehnungsmesser 34 detektiert, weil eine auf das Werkstück 64 wirkende Druckdifferenz (bzw. ein Wirkdruck) sind ändert. Aus diesem Grund wird das Werkstück 64 vorwärts verschoben, um den monomolekularen Film zu verdichten, bis die Druckdifferenz Δπ gleich π1 ist. Das Werkstück 64 wird durch die Horizontal- und Vertikalbewegungsmechanismen 42 bzw. 46 lotrecht (aufwärts oder abwärts) und waagerecht bewegt bzw. verschoben, während die oben erwähnte Regeloperation für die Druckdifferenz kontinuierlich durchgeführt wird, um damit die monomolekularen Filme auf dem Substrat 24 aufzubauen. Mit der obigen Operation kann der Aufbauvorgang unter Aufrechterhaltung einer konstanten Oberflächendruck-Molekulardichte durchgeführt werden, ohne eine Oberflächenbeanspruchung auf den monomolekularen Film im Entwicklungsbereich 18 auszuüben.
In der Praxis wurde ein Aufbauvorgang wie folgt durchgeführt: Zunächst wurden 2,0 mM einer wäßrigen Cadmiumchlorid-Lösung in die Wanne 12 eingegeben, wobei darauf Pentacosa-9,11-diin-1-Säure (Diacetylen-Moleküle) entwickelt wurde. Sodann wurden die entwickelten Moleküle mittels der vorderen Barriere 26 verdichtet, um einen Oberflächendruck von 25 dyn/cm zu erreichen. Der monomolekulare Diacetylenfilm wurde zum Polymerisieren mittels einer Quecksilberlampe mit Ultraviolettstrahlung bestrahlt. Danach wurde im oben erwähnten Aufbauvorgang ein 20-lagiger monomolekularer Film aufgebaut. Ein Röntgenbeugungsmuster oder -bild des so erhaltenen monomolekularen Films zeigte einen Beugungspeak hoher Ordnung. Mittels Berechnungen wurde bestätigt, daß der so erhaltene Film ein guter bzw. einwandfreier Y-Typ-Aufbaufilm eines Zwischenschichtabstandes von 34Å war.
Auf ähnliche Weise war in einem anderen Fall, in dem der Aufbauvorgang durchgeführt wurde, während auf der Flüssigkeitsoberfläche von 5 · 10&supmin;&sup6; M einer AlCl&sub3;-Lösung als Stearat entwickelt wurde, der erhaltene Film ein guter Y-Typ-Aufbaufilm eines Zwischenschichtabstandes von 50Å.
Im Gegensatz dazu wurde eine Vertikalaufbaumethode in einer konstanten Position ohne Horizontalverschiebung eines Substrats in Synchronismus mit der Verdichtungsoperation durch die Barriere und mit Verwendung einer herkömmlichen Filmherstellungsvorrichtung durchgeführt. In diesem Fall konnte überhaupt kein polymerisierter monomolekularer Film aus Diazetylenmolekülen aufgebaut werden.
Bei der dritten Ausführungsform wird als Substrat 24 ein rechteckiges Substrat mit einer Breite entsprechend derjenigen des Halters 67 verwendet. Ein monomolekularer Film kann jedoch auf einem Substrat einer beliebigen Form aufgebaut werden, wenn das Substrat kleiner ist als die Vorderseite 67a des Halters 67. Wenn beispielsweise ein dreieckiges Substrat benutzt wird, bleibt die Halter-Vorderseite 67a teilweise unbedeckt. Da die Vorderseite 67a, wie oben beschrieben, einer Oberflächenbehandlung zur Ermöglichung des Anhaftens oder Anlagerns eines monomolekularen Films unterworfen worden ist, bildet sich ein monomolekularer Film während des Aufbauvorganges sowohl an dem unbedeckten bzw. freiliegenden Abschnitt der Halter- Vorderseite 67 als auch an der Aufbaufläche 24a des Substrats 24. Wenn ein monomolekularer Film an der Halter- Vorderseite 67a nicht zum Anhaften gebracht werden kann, wird der auf der Flüssigkeitsoberfläche entwickelte monomolekulare Film durch den unbedeckten oder freiliegenden Abschnitt der Vorderseite 67a übermäßig stark verdichtet, so daß Moleküle zerstört werden können. Bei dieser Ausführungsform kann jedoch ein monomolekularer Film ohne Zerstörung von Molekülen auf Substraten verschiedener Formen aufgebaut werden.
Die Fig. 9 und 10 veranschaulichen eine Filmherstellungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei sind den Teilen der oben beschriebenen dritten Ausführungsform entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und nicht mehr im einzelnen beschrieben. Dies bedeutet, daß im folgenden die von der dritten Ausführungsform verschiedenen Abschnitte oder Teile erläutert sind.
Bei der vierten Ausführungsform ist eine hintere Barriere 48 auf der Wanne 12 an der von der vorderen Barriere 26 abgewandten oder entfernten Seite angeordnet, während das Werkstück 64 zwischen die Barrieren 26 und 28 bzw. 48 eingefügt ist. Ein Barrierenbewegungsmechanismus 72 zum Verschieben der hinteren Barriere 48 in Längsrichtung der Abstandhalter 20 umfaßt zwei Tragplatten, eine Leit(schraub)spindel 74, einen Bewegungstisch 75, einen Arm 76 und einen Schritt- oder Impulsmotor 77, wie beim Barrierenbewegungsmechanismus 25.
An der hinteren Barriere 48 ist eine Langmuir-Typ-Oberflächendruckwaage 78 angebracht. Die Waage 78 besitzt den gleichen Aufbau wie die Waage 34 an der Seite der vorderen Barriere 26 und umfaßt einen Schwimmer 79, Metallfolien 80 sowie einen Dehnungsmesser 81 als Bauelemente. Ein Impulsmotor 77 des Barrierenbewegungsmechanismus 72 wird durch eine Barrierenantriebseinheit 82 auf der Grundlage des durch die Oberflächendruckwaage 78 gemessenen Oberflächendruckes eines monomolekularen Films angesteuert.
Das Werkstück 64 ist über einen Tragarm 45 durch den Bewegungstisch 44 des Vertikalbewegungsmechanismus 46 gehaltert. Das obere Ende des Armes 45 ist am Tisch 44 für Schwenkbewegung längs der Längsrichtung der Abstandhalter 20 angebracht und durch eine am Tisch 44 montierte elektromagnetische Klemme 83 eingriffsmäßig erfaßt. Wenn die Klemme 83 deaktiviert ist, kann sich der Tragarm 45 ungehindert und ohne Reibung verschwenken. Wenn die Klemme aktiviert ist, ist der Arm 45 senkrecht zum Entwicklungsbereich 18 festgelegt. Das Werkstück 64 besteht aus dem am unteren Ende des Armes 45 befestigten Halter 67 und dem durch den Halter gehalterten Substrat 24. Wenn die Klemme 83 aktiviert ist, liegt die Aufbaufläche 24a des Substrats senkrecht zum Entwicklungsbereich 18. Am Bewegungstisch 44 sind zwei optische Sensoren 84 vorgesehen, zwischen denen der Arm 45 verläuft. Wenn der Arm 45 verschwenkt bzw. verdreht und aus seiner lotrechten Stellung ausgelenkt wird, wird diese Auslenkung durch die optischen Sensoren 84 detektiert bzw. erfaßt. Die Horizontal-Antriebseinheit 50a steuert den Horizontalbewegungsmechanismus 42 auf der Grundlage des Detektionssignals von den Sensoren 84 so an, daß der Arm 45 in seine lotrechte Stellung zurückgeführt wird.
Bei der oben beschriebenen Filmherstellungsvorrichtung wird ein LB-Film wie folgt erzeugt:
Zunächst wird das untere Ende des Werkstückes 64 in die Flüssigkeitsoberfläche eingetaucht, während der Abstand zwischen den Abstandhaltern 20 praktisch gleich der Breite des Werkstückes 64 eingestellt wird, wodurch der Entwicklungsbereich 18 in bezug auf das Werkstück in vordere und hintere Abschnitte unterteilt wird. Anschließend werden aufzubauende organische Moleküle im vorderen Abschnitt entwickelt, d. h. in dem Abschnitt, der durch die Abstandhalter 20, das Substrat 24 und den Schwimmer 61 (sowie die vordere Barriere 26) festgelegt ist. Moleküle einer niedrigen Viskosität, z. B. Stearylalkoholmoleküle, werden im hinteren Abschnitt entwickelt, d. h. in einem durch die Abstandhalter 20, den Halter 67 und den Schwimmer 79 (sowie die hintere Barriere 48) festgelegten Abschnitt. Die elektromagnetische Klemme 83 wird dann aktiviert, um den Tragarm 45 in der lotrechten Stellung zu fixieren. In diesem Zustand werden die in den vorderen und hinteren Abschnitten entwickelten monomolekularen Filme durch die vorderen und hinteren Barrieren 26 bzw. 48 so verdichtet, daß ihre Oberflächendrücke einem vorbestimmten Oberflächendruck (π1 = π2) gleich sind. Wenn die Klemme 83 in diesem Zustand deaktiviert wird, wird das Werkstück 64 in seiner Stellung angehalten, weil die Oberflächendrücke vor und hinter dem Werkstück 64 einander gleich sind.
Wenn das Werkstück 64 in einem kleinen Bereich abwärts verschoben wird, baut sich der monomolekulare Film im vorderen Abschnitt auf der Aufbaufläche 24a des Substrats 24 auf. Da hierbei die Moleküle im vorderen Abschnitt eine hohe Viskosität besitzen, wird eine kleine Abnahme des Oberflächendruckes in der Nähe des Substrats 24 nicht unmittelbar auf die an der vorderen Barriere 26 angebrachte Oberflächendruckwaage 34 übertragen. Im Gegensatz dazu wird bei einem monomolekularen Stearylalkoholfilm im hinteren Abschnitt eine Abnahme oder Verringerung des Oberflächendruckes in der Nähe des Halters 67 augenblicklich auf die Oberflächendruckwaage 78 übertragen. Mit der hinteren Barriere 48 wird daher die Verdichtungsoperation durchgeführt, wobei der Oberflächendruck des im hinteren Abschnitt entwickelten monomolekularen Films auf einer vorbestimmten Größe gehalten werden kann. Infolgedessen wird der Oberflächendruck vor dem Werkstück 64 niedriger als der rückseitige Oberflächendruck, und das Werkstück wird geringfügig vorwärts geschoben und (dann) angehalten, wenn die vorderseitigen und rückseitigen Oberflächendrücke am Werkstück 64 ausgeglichen sind. In diesem Zustand ist der Tragarm 45 zusammen mit dem Werkstück 64 nach vorn geneigt, wobei seine Neigung durch die optischen Sensoren 84 detektiert wird. Die Horizontalbewegungs-Antriebseinheit 50a steuert daher den Impulsmotor 39 des Horizontalbewegungsmechanismus 42 auf der Grundlage der Signale von den optischen Sensoren 84 so an, daß der Bewegungstisch 40 verschoben wird, bis die Neigung des Tragarmes 45 zu Null wird. Der Vertikalbewegungsmechanismus 46 wird durch die Vertikalbewegungs-Antriebseinheit 50b angesteuert oder angetrieben, während die oben beschriebene Regeloperation kontinuierlich durchgeführt wird. Das Werkstück 64 wird damit lotrecht (aufwärts oder abwärts) und waagerecht verschoben, um damit monomolekulare Filme aufzubauen. Mit der oben beschriebenen Operation können monomolekulare Filme auf der Aufbaufläche 24a des Substrats 24 aufgebaut (bzw. zum Anhaften gebracht) werden, während eine vorbestimmte Oberflächendruck-Molekulardichte aufrechterhalten wird, ohne eine Oberflächenspannung oder -beanspruchung in dem im Entwicklungsbereich 18 entwickelten monomolekularen Film herbeizuführen.
Mit dieser Ausführungsform kann ein organischer Dünnfilm erzeugt werden, der eine gleichförmige Struktur aufweist und frei von Defekten ist.
Nach der oben beschriebenen Operation wird auch auf der Rückseite des Halters 67 ein monomolekularer Stearylalkoholfilm aufgebaut. Der aufgrund der Aufwärts- oder Abwärtsbewegung des Werkstückes 64 an der Rückseite des Halters 67 aufgebaute monomolekulare Film der ersten Schicht wird beim nächsten Abwärts- oder Aufwärtsbewegungsvorgang reversibel auf die Flüssigkeitsoberfläche abgestreift. Während dieser Zeitspanne wird der Oberflächendruck des monomolekularen Stearylalkoholfilms durch die hintere Barriere 48 auf einer vorbestimmten Größe gehalten. Demzufolge wird unabhängig von der Zahl der an der Aufbaufläche 24a des Substrats 24 aufgebauten monomolekularen Filme der monomolekulare Stearylalkohol-Film im hinteren Abschnitt nicht verringert bzw. verdünnt. Als Ergebnis brauchen keine Moleküle in den hinteren Abschnitt nachgefüllt zu werden.
In der Praxis wurde mittels der gleichen Vorgänge wie bei der vierten Ausführungsform ein 20-lagiger monomolekularer Diacetylen-Film auf einem Substrat aufgebaut. Das Röntgenstrahlenbeugungsmuster des erhaltenen aufgebauten Films zeigte einen Beugungspeak hoher Ordnung, wobei durch Berechnungen bestätigt wurde, daß der so erhaltene Film ein guter Y- Typ-Aufbaufilm eines Zwischenschichtabstandes von 34Å war.
In einem Fall, in welchem ein Aluminiumstearat als entwickelte Moleküle benutzt wurde, wurde ebenfalls ein guter aufgebauter Film erzielt.
Im folgenden ist ein Verfahren zur Verkürzung einer Filmerzeugungszeit bei Benutzung der Vorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform beschrieben. In diesem Fall erfolgt die Beschreibung unter Bezugnahme auf die Benutzung der Filmerzeugungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform. Wie jedoch später noch näher erläutert werden wird, brauchen bei diesem Verfahren die vordere Barriere und die daran angebrachte Langmuir-Typ-Oberflächendruckwaage nicht in jedem Fall vorgesehen zu sein, weil kein Verdichtungsvorgang mittels der vorderen Barriere durchgeführt wird.
Auf die gleiche Weise wie bei der obigen Ausführungsform werden zunächst auf zubauende organische Moleküle im vorderen Abschnitt des Werkstückes 64 entwickelt, während Moleküle einer niedrigen Viskosität, z. B. Stearylalkoholmoleküle, in dem hinteren Abschnitt, bezogen auf das Werkstück, entwickelt werden. Sodann wird die elektromagnetische Klemme 83 deaktiviert, um den Tragarm 45 bewegbar zu machen. In diesem Zustand wird der im hinteren Abschnitt befindliche monomolekulare Stearylalkoholfilm durch die hintere Barriere 48 auf einen vorbestimmten Oberflächendruck π2 verdichtet. Andererseits ist die vordere Barriere 46 in ihrer Lage festgelegt, so daß der monomolekulare Film im vorderen Abschnitt nicht verdichtet wird. Als Ergebnis wird der Oberflächendruck hinter dem Werkstück 64 allmählich erhöht. Da der Oberflächendruck vorderhalb des Werkstückes 64 nahezu Null beträgt, wird das Werkstück 64 vorwärts verschoben, so daß es die Moleküle einer hohen Viskosität verdichtet. Wenn insbesondere, wie aus Fig. 11 hervorgeht, die hintere Barriere 48 den monomolekularen Stearylalkoholfilm A verdichtet, verdrängt oder verschiebt der monomolekulare Film A das Werkstück 64, wobei das Werkstück 64 den vorderseitigen, eine hohe Viskosität besitzenden monomolekularen Film B verdichtet. Fig. 12 veranschaulicht eine Oberflächendruckverteilung der monomolekularen Filme A und B in diesem Fall. Gemäß Fig. 12 wird im vorderen Abschnitt, bezogen auf das Werkstück 64, nur der Oberflächendruck des monomolekularen Films B in der Nähe des Substrats 24 erhöht und mit dem Oberflächendruck des monomolekularen Stearylalkoholfilms A ins Gleichgewicht gebracht. Der Oberflächendruck des monomolekularen Films B in einem vom Substrat weiter entfernten Bereich wird dagegen noch nicht erhöht. Da der Oberflächendruck des monomolekularen Films im Bereich oder Abschnitt in der Nähe des Substrats 24 eine vorbestimmte Größe erreicht hat, kann in diesem Fall die Aufbauoperation auf die gleiche Weise wie bei der vierten Ausführungsform stattfinden. Während der Durchführung der Aufbauoperation bzw. des Aufbauvorganges wird ein Druck allmählich auf den monomolekularen Film übertragen, der sich in einem vom Substrat 24 entfernten Bereich entwickelt hat, wobei (bis) der Oberflächendruck eine vorbestimmte Größe erreicht hat. Der Aufbauvorgang kann daher kontinuierlich durchgeführt werden.
In der Praxis wurde Poly( -benzyl-L-glutamat) (Molekulargewicht = 100.000) als Moleküle einer hohen Viskosität verwendet; dabei wurden auf einem Substrat 20-lagige monomolekulare Filme nach dem für die vierte Ausführungsform beschriebenen Verfahren bzw. dem oben erwähnten Verfahren zur Verkürzung der Filmerzeugungszeit aufgebaut. Sodann wurden die für die Aufbauvorgänge benötigten Zeiten verglichen.
Beim erstgenannten Verfahren muß eine Verdichtungsrate oder -geschwindigkeit des monomolekularen Films mittels der vorderen Barriere 26 auf 0,1 cm/min verringert werden (1/100 im Vergleich zum Stearylalkohol einer geringen Viskosität). Aus diesem Grund wurden zur Erzeugung eines monomolekularen Films einer Länge von 50 cm und eines Oberflächendruckes von 25 dyn/cm auf einer Wanne einer Breite von 2,5 cm Moleküle in einem Entwicklungsbereich mit einer Breite entsprechend dem Doppelten des gewünschten monomolekularen Films entwickelt und verdichtet, wofür 21 Stunden nötig waren. Sodann wurden 20 monomolekulare Filmschichten auf der Aufbaufläche eines Substrats einer Länge von 2,5 cm bei einer Vertikalbewegungsgeschwindigkeit des Werkstückes von 2 mm/min aufgebaut; dies dauerte etwa 5 Stunden. Die Gesamtzeit betrug somit etwa 26 Stunden.
Wenn dagegen der Aufbauvorgang durchgeführt wurde, während das Werkstück selbst entsprechend dem zuletzt genannten Verfahren den monomolekularen Film verdichtete, betrug die für das Aufbauen von 20 monomolekularen Filmschichten nötige Zeit 7 Stunden, und der Vorgang konnte innerhalb einer Zeit entsprechend ¼ der Zeit beim erstgenannten Verfahren abgeschlossen werden.
Im folgenden ist eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Diese Ausführungsform entspricht im wesentlichen den oben beschriebenen Ausführungsformen, nur mit dem Unterschied, daß ein Vorgang einer Neigung eines Werkstückes über einen vorbestimmten Winkel gegenüber einem entwickelten monomolekularen Film zusätzlich zu den Vertikal- und Horizontalbewegungen des Werkstückes durchgeführt wird.
Wenn gemäß Fig. 13 das Substrat 24 durch den entwickelten monomolekularen Film abwärts bewegt wird, bildet sich im Grenz(flächen)bereich zwischen der Substratoberfläche und der Flüssigkeitsoberfläche ein Meniskus, an welchem die Flüssigkeitsoberfläche abwärts gekrümmt ist. Wenn das Substrat 24 durch den monomolekularen Film aufwärts bewegt wird, ist oder wird die Flüssigkeitsoberfläche auf ähnliche Weise, wie in Fig. 14 gezeigt, im Grenzbereich zwischen der Substratoberfläche und der Flüssigkeitsoberfläche in Aufwärtsrichtung gekrümmt. Eine solche Krümmung kann in dem auf der Flüssigkeitsoberfläche entwickelten monomolekularen Film eine Oberflächenspannung- oder -beanspruchung herbeiführen. Ein zwischen der Oberfläche des Substrats 24 und der Flüssigkeitsoberfläche gebildeter Winkel R wird als Kontaktwinkel bezeichnet. Wie aus den Fig. 13 und 14 hervorgeht, sind die Kontaktwinkel (R1, R2) bei der Abwärts- und Aufwärtsbewegung des Substrats jeweils verschieden. Aus diesem Grund wird beim Umschalten der Bewegung des Substrats von der Abwärtsauf die Aufwärtsbewegung und umgekehrt nur die Meniskuswelle (meniscal wave) verändert, so daß für eine vorgegebene Zeitspanne ein monomolekularer Film nicht am Substrat angelagert werden kann. Wenn während dieser Zeitspanne das gegenüber dem monomolekularen Film lotrecht gehaltene Substrat waagerecht bewegt wird, kann der monomolekulare Film übermäßig verdichtet werden.
Diese Ausführungsform nutzt eine Tatsache, daß auch dann, wenn der Winkel α des Substrats in bezug auf die Flüssigkeitsoberfläche geändert wird, der Kontaktwinkel eine konstante Größe aufweist. Bei dieser Ausführungsform erfolgt der Aufbauvorgang in einem Zustand, in welchem das Substrat unter einem Winkel α = 180º - R gegenüber der Flüssigkeitsoberfläche geneigt ist oder wird. Wie insbesondere aus den Fig. 15A und 15B hervorgeht, erfolgt der Aufbauvorgang des monomolekularen Films durch Abwärts- und Vorwärtsverschiebung des Substrats, während das Substrat 24 unter einem Winkel α = 180º - R1 gegenüber der Flüssigkeitsoberfläche geneigt ist, so daß die Krümmung der Flüssigkeitsoberfläche in der Nähe bzw. im Bereich des Substrats beseitigt ist und damit die Flüssigkeitsoberfläche flach bzw. eben gehalten wird. Gemäß den Fig. 16A und 16B wird ferner das Substrat 24 unter einem Winkel α = 180º - R2 zur Flüssigkeitsoberfläche geneigt, wobei das Substrat in diesem Zustand aufwärts und vorwärts verschoben wird, so daß damit der monomolekulare Film aufgebaut wird. Da die Kontaktwinkel während der Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Substrats voneinander verschieden sind, wurden diese Kontaktwinkel in Tests gemessen, und der Neigungswinkel α des Substrats gegenüber der Flüssigkeitsoberfläche wird nach Maßgabe der Testwerte bestimmt.
Bei dieser Ausführungsform weist die Filmherstellungsvorrichtung einen Drehmechanismus zum Neigen des Substrats relativ zur Flüssigkeitsoberfläche zusätzlich zu den Vertikal- und Horizontalbewegungsmechanismen auf. Die Filmerzeugungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform ist nachstehend anhand der Fig. 17 bis 19 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform sind den Teilen der vorher beschriebenen Ausführungsformen entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und nicht mehr im einzelnen beschrieben.
Am rechten Endabschnitt der Wanne 12 ist eine vordere Barriere 26 angeordnet, während ein Barrierenbewegungsmechanismus 25 zum Bewegen oder Verschieben der vorderen Barriere an der Seite der Wanne angeordnet ist. Der Barrierenbewegungsmechanismus 25 weist eine sich in der Längsrichtung der Wanne 12 erstreckende langgestreckte Leitplatte 84 auf, wobei die beiden Endabschnitte der Leitplatte 84 unter einem rechten Winkel abgebogen sind. Zwischen den beiden Endabschnitten der Leitplatte 84 verläuft eine Leit(schraub)spindel 27, und am einen Endabschnitt der Leitplatte ist ein Schritt- oder Impulsmotor 29 zum Drehen der Leitspindel montiert. Ein Bewegungstisch 31 steht mit der Leitspindel 27 in Schraubeingriff, wobei das eine Ende der vorderen Barriere 26 am Bewegungstisch befestigt ist. Wenn somit der Impulsmotor 29 zum Verschieben des Bewegungstisches 31 angesteuert wird, kann der Verdichtungsvorgang durch die vordere Barriere 26 durchgeführt werden. An der vorderen Barriere 26 ist eine Wilhelmytyp-Oberflächendruckwaage 34 zum Messen eines Oberflächendruckes eines monomolekularen Films auf dem durch die Abstandhalter 20 begrenzten Entwicklungsbereich 18 vorgesehen. Der Impulsmotor 29 des Barrierenbewegungsmechanismus 25 wird durch eine Barrierenantriebseinheit (oder Ansteuereinheit) 25 entsprechend dem durch die Waage 34 gemessenen Oberflächendruck angesteuert. Der Barrierenbewegungsmechanismus 25 mit dem oben angegebenen Aufbau ist an einer Platte mit einem nicht dargestellten schwingungsverhindernden bzw. Antivibrationsmechanismus über einen Hochpräzisions-Heber 85 zum Einstellen der Höhe des Barrierenbewegungsmechanismus sowie eine Magnetbasis 86 montiert.
An der gegenüberliegenden Seite der Wanne 12 ist ein Aufbaumechanismus 88 angeordnet, der aus einem Horizontalbewegungsmechanismus 42, einem Vertikalbewegungsmechanismus 46 und einem Drehmechanismus 87 besteht.
Der Horizontalbewegungsmechanismus 42 weist eine langgestreckte, sich in der Längsrichtung der Wanne 12 erstreckende Leitplatte 89 auf, deren beiden Endabschnitte unter einem rechten Winkel abgebogen sind. Zwischen den beiden Endabschnitten der Leitplatte 89 verläuft die Leit(schraub)spindel 37, während am einen Endabschnitt der Leitplatte ein Schritt- oder Impulsmotor 39 zum Drehen der Leitspindel montiert ist. Ein Bewegungstisch 40 steht in Schraubeingriff mit der Leitspindel 37 Wenn der Impulsmotor 39 angesteuert wird, wird der Bewegungstisch 40 längs der Axialrichtung der Leitspindel verschoben. Der Mechanismus 42 ist an der Platte mit dem Antivibrationsmechanismus über einen Hochpräzisions-Heber 85 und eine Magnetbasis 86 montiert.
Ein Drehmechanismus 87 umfaßt eine lotrecht auf den Bewegungstisch 40 aufgesetzte Tragsäule 90, an welcher ein Schritt- oder Impulsmotor 92 befestigt ist. Der Motor 92 ist so angeordnet, daß seine drehbare Welle 92a senkrecht zur Längsrichtung der Wanne 2 und innerhalb einer parallel zur Flüssigkeitsoberfläche der Wanne verlaufenden Ebene liegt. Die (drehbare) Welle 92a ragt von der Säule 90 in Richtung auf die Wanne 12 und ist an einem mittleren Abschnitt einer langgestreckten Drehplatte 93 befestigt. Wenn der Impulsmotor 92 angesteuert wird, wird somit die Drehplatte 93 in einer Ebene senkrecht zur Flüssigkeitsoberfläche der Wanne 12 gedreht. Der Vertikalbewegungsmechanismus 46 ist am einen Endabschnitt der Drehplatte 93 montiert, während am anderen Endabschnitt der Platte 93 ein Gewicht 94 für einen Gewichtsausgleich mit dem Mechanismus 46 angebracht ist.
Der Vertikalbewegungsmechanismus 46 weist eine an der Drehplatte 93 befestigte langgestreckte Führungs- oder Leitplatte 95 auf. Die Leitplatte erstreckt sich in einer Richtung senkrecht zur Drehplatte 93 und liegt innerhalb einer Ebene senkrecht zur Flüssigkeitsoberfläche der Wanne 12. Zwei Endabschnitte der Leitplatte 95 sind unter einem rechten Winkel abgebogen, wobei zwischen den beiden Endabschnitten eine Leit(schraub)spindel 41 verläuft. Der Impulsmotor 43 zum Drehen der Leitspindel ist am einen Endabschnitt der Leitplatte 95 montiert. Der Bewegungstisch 44 steht mit der Leitspindel 41 in Schraubeingriff. Wenn der Impulsmotor 43 angesteuert wird, wird der Bewegungstisch 44 längs der Leitspindel 41 verschoben. Der Vertikalbewegungsmechanismus 46 kann auf diese Weise durch den Mechanismus 87 innerhalb einer senkrecht zur Flüssigkeitsoberfläche der Wanne 12 liegenden Ebene verdreht werden.
Eine kompakte X-Bühne 96 und ein Tragarm 97 sind aufeinanderfolgend am Bewegungstisch 44 des Vertikalbewegungsmechanismus 46 befestigt, wobei der Tragarm 97 ein Werkstück 64 trägt. Das Werkstück 64 besteht aus einem im wesentlichen U-förmigen, am Tragarm 97 befestigten und aus nichtrostendem Stahl hergestellten Halter 67 und einem durch den Halter gehalterten Substrat 24. Das Werkstück 64 ist so gehaltert, daß die Aufbaufläche 24a des Substrats 24 innerhalb einer Ebene liegt, die parallel zur Bewegungsrichtung des Bewegungstisches 44 und der Welle 92a des Impulsmotors 92 des Drehmechanismus 87 verläuft. Am freien Ende der (drehbaren) Welle 92a des Impulsmotors 92 ist ein roter Halbleiterlaser-Oszillator 98 angebracht. Der Laser-Oszillator emittiert einen mit der Zentralachse der Welle 92a übereinstimmenden Laserstrahl.
Durch den Aufbaumechanismus 88 mit der obigen Anordnung kann das Werkstück 64 gegenüber der Flüssigkeitsoberfläche (in) der Wanne 12, d. h. gegenüber dem Entwicklungsbereich 18 waagerecht und lotrecht verschoben werden, wobei der Neigungswinkel des Werkstückes gegenüber dem Entwicklungsbereich einstellbar ist. Die Horizontal- und Vertikalbewegungsgeschwindigkeiten des Werkstückes werden durch eine mit den Impulsmotoren 39 und 43 der Mechanismen 42 bzw. 46 verbundene Horizontal/Vertikalbewegungs-Antriebseinheit 50 gesteuert, während der Neigungswinkel des Werkstückes durch eine mit dem Impulsmotor 92 des Mechanismus 87 verbundene Drehantriebseinheit 99 gesteuert wird. Die Position bzw. Stellung des Werkstückes 64 wird durch die kompakte X-Bühne 96 so eingestellt, daß die Aufbaufläche 24a des Substrats 24 auf dem Drehzentrum des Drehmechanismus 87 liegt. Diese Einstellung erfolgt auf der Grundlage eines vom Laser- Oszillator 98 emittierten Laserstrahls. Auch wenn bei dieser Einstellung das Werkstück 64 durch die Horizontal- und Vertikalbewegungsmechanismen 42 bzw. 46 verschoben wird, kann das Substrat stets um die Grenzfläche zwischen der Aufbaufläche 24a des Substrats 24 und dem Entwicklungsbereich 18 gedreht werden.
Es ist darauf hinzuweisen, daß die Wanne 12, ebenso wie der Barrierenbewegungsmechanismus 25 und der Aufbaumechanismus 88, an der Platte mit dem Antivibrationsmechanismus über einen Hochpräzisions-Heber und eine Magnetbasis montiert ist.
Ein typisches Aufbauverfahren unter Verwendung der Filmherstellungsvorrichtung mit der oben beschriebenen Anordnung ist nachstehend erläutert.
Die Höhe oder Höhenlage der Wanne 12, des Barrierenbewegungsmechanismus 25 und des Aufbaumechanismus 88 werden mittels der Hochpräzisions-Heber 85 so eingestellt, daß der Entwicklungsbereich 18 der Wanne 12 mit der Drehmittelachse des Drehmechanismus 87 koinzidiert bzw. übereinstimmt. Die Stellung des Werkstückes 64 wird mittels der kompakten X-Bühne 96 so eingestellt, daß die Aufbaufläche 24a des Substrats 24 auf der Drehmittelachse des Mechanismus 87 liegt.
Der Entwicklungsbereich 18 mit der gleichen Breite wie die des Werkstückes 64 wird durch zwei Abstandhalter 20 festgelegt. Das Werkstück 64 wird sodann durch den Mechanismus 87 so gedreht, daß die Aufbaufläche 24a des Substrats 24 senkrecht zum Entwicklungsbereich 18 liegt. Danach wird das Werkstück 64 abwärts bewegt bzw. verschoben, bis sein unteres Ende mit dem Entwicklungsbereich 18 in Berührung gelangt, wodurch der Entwicklungsbereich 18 in bezug auf das Werkstück in vordere und hintere Abschnitte unterteilt wird. Im Anschluß hieran wird ein monomolekularer Film im vorderen Abschnitt entwickelt und durch die vordere Barriere 26 verdichtet, bis ein vorbestimmter Oberflächendruck erreicht ist. Wenn das Substrat 24 beispielsweise ein hydrophobes Substrat ist, wird der Neigungswinkel α des Substrats auf α = 180º - R1 (vergleiche Fig. 15A) in bezug auf den Kontaktwinkel R1 für Abwärtsverschiebung des Substrats eingestellt. Die Aufwärts- und Vorwärtsgeschwindigkeit des Werkstückes 64 sei zu +V vorausgesetzt. In diesem Fall entspricht die Bewegungsgeschwindigkeit VH des Horizontalbewegungsmechanismus 42 der Bewegungsgeschwindigkeit VW der Grenzfläche zwischen der Aufbaufläche 24a und dem monomolekularen Film in bezug auf den monomolekularen Film, während die Bewegungsgeschwindigkeit VI des Vertikalbewegungsmechanismus 46 der Bewegungsgeschwindigkeit VS der Grenzfläche in bezug auf die Aufbaufläche 24a entspricht. Aus diesem Grund ist es bei jedem gegebenen Neigungswinkel α des Substrats 24 dann, wenn die Bewegungsgeschwindigkeiten der Horizontal- und Vertikalbewegungsmechanismen 42 bzw. 46 einander gleich eingestellt sind (VH = VI ) möglich, eine Betriebsart oder -weise (VW = VS ) zu realisieren, bei welcher der monomolekulare Film im Entwicklungsbereich 18 auf der Aufbaufläche 24a des Substrats in 1 : 1-Entsprechung aufgebaut wird. Das Werkstück 64 wird somit abwärts und vorwärts mit gleicher Geschwindigkeit durch den monomolekularen Film bewegt, so daß ein monomolekularer Film einer ersten Schicht auf der Aufbaufläche 24a des Substrats 24 aufgebaut wird.
Anschließend wird der Neigungswinkel α des Substrats 24 entsprechend dem Neigungswinkel R2 während der Aufwärtsbewegung des Substrats auf α = 180º - R2 (vergleiche Fig. 16) eingestellt. Das Werkstück 64 wird dann aufwärts und vorwärts mit der gleichen Geschwindigkeit durch den monomolekularen Film bewegt, so daß ein monomolekularer Film einer zweiten Schicht auf der Aufbaufläche 24a des Substrats 24 aufgebaut wird.
Bei der oben beschriebenen Filmherstellungsvorrichtung und beim beschriebenen Aufbauverfahren kann der Aufbauvorgang unter Aufrechterhaltung einer konstanten Oberflächenmolekulardichte erfolgen, ohne in dem im Entwicklungsbereich entwickelten monomolekularen Film eine Oberflächenspannung oder -beanspruchung herbeizuführen.
In der Praxis wurden Pentacosa-9,11-diin-1-Säure (Diacetylenmoleküle) und 2,0 mM einer wäßrigen Cadmiumchloridlösung verwendet und ein entwickelter monomolekularer Film auf 25 dyn/cm verdichtet. Hierauf wurde der monomolekulare Diacetylenfilm zur Polymerisierung mittels einer Quecksilberlampe mit Ultraviolettstrahlung bestrahlt. In diesem Zustand wurde der oben beschriebene Aufbauvorgang durchgeführt. Ein Röntgenstrahlmuster bzw. -bild des so erhaltenen aufgebauten Films zeigte einen Beugungspeak hoher Ordnung; durch Berechnungen wurde bestätigt, daß der erhaltene Film ein guter Y-Typ-Aufbaufilm eines Zwischenschichtabstandes von 34Å war.
In einem anderen praktischen Beispiel, bei welchem eine Stearinsäure sowie 5 · 10&supmin;&sup6; M einer wäßrigen AlCl&sub3;-Lösung verwendet wurden, wurde ebenfalls ein guter Aufbaufilm erzielt.
Bei einem Vertikalaufbauverfahren unter Verwendung einer herkömmlichen Filmerzeugungsvorrichtung konnte auf dem Substrat überhaupt kein polymerisierter Film von Diacetylenmolekülen aufgebaut werden. Auch im Fall der Verwendung von Aluminiumstearat konnte überhaupt kein monomolekularer Film auf dem Substrat erzeugt werden.
Die Fig. 20 bis 22 veranschaulichen eine Filmherstellungsvorrichtung gemäß noch einer anderen Ausführungsform mit einem Drehmechanismus. Bei dieser Ausführungsform sind den Teilen der fünften Ausführungsform entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und daher nicht mehr im einzelnen beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform ist eine Leitplatte 95 des Vertikalbewegungsmechanismus 46, sich vom Bewegungstisch 40 lotrecht aufwärts erstreckend, am Bewegungstisch 40 des Horizontalbewegungsmechanismus 42 befestigt. Ein Flachtyp- Impulsmotor 92 des Drehmechanismus 87 ist am Bewegungstisch 44 des Vertikalbewegungsmechanismus 46 befestigt. Der Motor 92 ist so angeordnet, daß seine nicht dargestellte drehbare Welle parallel zur Flüssigkeitsoberfläche (in) der Wanne 12 und in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Wanne verläuft. Eine kompakte X-Bühne 96, ein Tragarm 97 und ein Werkstück 64 sind aufeinanderfolgend an der (drehbaren) Welle des Impulsmotors 92 angebracht. Wie aus Fig. 21 hervorgeht, wird die Stellung des Werkstückes 64 mittels der kompakten X-Bühne 96 so eingestellt, daß die Aufbaufläche 24a des Substrats 24 auf einer Drehmittelachse C des Impulsmotors 92 liegt.
Ein typisches Aufbauverfahren unter Verwendung der Filmerzeugungsvorrichtung mit der obigen Anordnung ist nachstehend beschrieben.
Zunächst wird ein Bereich 18 mit einer Breite entsprechend derjenigen des Werkstückes 64 durch zwei Abstandhalter 20 definiert oder festgelegt. Das Werkstück 64 wird durch den Drehmechanismus 87 so gedreht, daß die Aufbaufläche 24a senkrecht zum Entwicklungsbereich 18 liegt. Anschließend wird das Werkstück abwärts verschoben, bis sein unteres Ende mit dem Entwicklungsbereich 18 in Berührung gelangt, wodurch der Entwicklungsbereich 18 in bezug auf das Werkstück in vordere und hintere Abschnitte unterteilt wird. Daraufhin wird ein monomolekularer Film im vorderen Abschnitt entwickelt und durch die vordere Barriere 26 verdichtet, bis ein vorbestimmter Oberflächendruck erreicht ist. Wenn das Substrat 24 z. B. ein hydrophobes Substrat ist, wird der Neigungswinkel α des Substrats entsprechend dem Kontaktwinkel R1 während der Abwärtsverschiebung des Substrats auf α = 180º - R1 (vergleiche Fig. 15A) eingestellt. Wenn die Horizontalbewegungsgeschwindigkeit des Werkstückes 64 mit VH, die Vertikalbewegungsgeschwindigkeit des Werkstückes mit VV und der Neigungswinkel des Substrats 24 mit α bezeichnet werden, besitzen die Bewegungsgeschwindigkeit VW der Grenzfläche zwischen der Aufbaufläche 24a und dem monomolekularen Film in bezug auf den monomolekularen Film sowie die Bewegungsgeschwindigkeit VS der Grenzfläche in bezug auf die Aufbaufläche 24a die folgenden Beziehungen zueinander:
VW = VH - VV · cotα,VS = -VV/sinα
Wenn der Neigungswinkel α bestimmt ist, werden VH und VV so berechnet, daß die Geschwindigkeiten VW und VS vorbestimmte Größen oder Werte annehmen. Zur Realisierung einer Betriebsweise, bei welcher der auf dem Entwicklungsbereich 18 befindliche monomolekulare Film auf der Aufbaufläche 24a des Substrats in 1 : 1-Entsprechung aufgebaut wird, muß die Beziehung VW = VS gegeben oder erfüllt sein. Die Geschwindigkeiten VH und VV lassen sich durch folgende Beziehungen ausdrücken:
Bei Abwärtsbewegung des Substrats:
VH = (cotα - 1/sinα) · VV
Bei Aufwärtsbewegung des Substrats:
VH = (cotα + 1/sinα) · VV
Danach wird das Werkstück 64 vorwärts verschoben, während es mit Geschwindigkeiten VH und VV der Abwärtsverschiebung des Substrats abwärts bewegt wird, so daß ein monomolekularer Film einer ersten Schicht an der Aufbaufläche 24a des Substrats 24 aufgebaut wird.
Anschließend wird der Neigungswinkel α des Substrats 24 entsprechend dem Kontaktwinkel R2 während der Aufwärtsbewegung des Substrats auf α = 180º - R2 (vergleiche Fig. 16A) eingestellt. Sodann wird das Werkstück 64 mit den Geschwindigkeiten VH und VV für Aufwärtsverschiebung des Substrats durch den monomolekularen Film aufwärts und vorwärts bewegt, wobei an der Aufbaufläche 24a des Substrats 24 ein monomolekularer Film einer zweiten Schicht aufgebaut wird.
Bei dieser Ausführungsform mit der oben angegebenen Anordnung kann der Aufbauvorgang unter Aufrechterhaltung einer konstanten Oberflächenmolekulardichte durchgeführt werden, ohne daß in einem entwickelten monomolekularen Film eine Oberflächenspannung oder -beanspruchung hervorgerufen wird, wie dies auch bei der fünften Ausführungsform der Fall ist.
Wenn bei den fünften und sechsten Ausführungsformen der Neigungswinkel des Substrats 24 zur Ausschaltung einer durch den Meniskus hervorgerufenen Krümmung der Flüssigkeitsoberfläche auf α = 180º - R eingestellt wird, muß der Kontaktwinkel R während des Aufbauvorganges im voraus gemessen werden. Der Kontaktwinkel einiger Moleküle ändert sich jedoch stark, auch wenn eine Flüssigkeitseigenschaft einer Flüssigkeitsoberfläche, eine Temperatur, die Art des Substrats, hydrophile/hydrophobe Eigenschaften oder dgl. (nur) geringfügig geändert werden. Bei Verwendung solcher Moleküle ist es schwierig, eine ideale Aufbaubedingung aufrechtzuerhalten.
Zur Lösung des obigen Problems kann in einer noch anderen Ausführungsform gemäß Fig. 23 anstelle der Anwendung des Verfahrens zum vorhergehenden Messen eines Kontaktwinkels eine Krümmung der Flüssigkeitsoberfläche in der Nähe des Substrats 24 durch einen Flüssigkeitsoberflächendetektor 100 detektiert werden, während das Werkstück 64 in den Entwicklungsbereich 18 eingetaucht wird. Daraufhin kann der Neigungswinkel α des Substrats 24 durch den Drehmechanismus 87 auf der Grundlage des Detektions- oder Meßsignals vom Detektor 100 so eingestellt werden, daß die Krümmung der Flüssigkeitsoberfläche beseitigt wird.
Der Flüssigkeitsoberflächendetektor 100 umfaßt einen Laseroszillator 102 und eine Lagendetektor-Fotodiode 104. Die Fotodiode ist mit dem Schritt- oder Impulsmotor 92 des Drehmechanismus 87 über eine Drehantriebseinheit 99 verbunden. Der Laseroszillator 102 und die Fotodiode 104 sind so angeordnet, daß vom Laseroszillator ein Laserstrahl auf den Flüssigkeitsoberflächenabschnitt in der Nähe der Grenzschicht zwischen der Aufbaufläche 24a des Substrats 24 und dem Entwicklungsbereich 18 emittiert wird und der von der Flüssigkeitsoberfläche reflektierte Strahl auf die Fotodiode fällt. Die Fotodiode 104 ist so eingestellt bzw.
abgeglichen, daß sie "Null" aufgibt, wenn sie einen Reflexionsstrahl von einer Flüssigkeitsoberfläche empfängt, die ohne Krümmung in einem flachen Zustand gehalten ist. Wenn daher die Flüssigkeitsoberfläche in der Nähe des Substrats 24 aufwärts gekrümmt ist (wenn der Kontaktwinkel R verkleinert ist), entspricht das Ausgangssignal von der Fotodiode 104 einem positiven Potential. Wenn dagegen die Flüssigkeitsoberfläche abwärts gekrümmt ist (wenn der Kontaktwinkel R vergrößert ist), entspricht das Ausgangssignal von der Fotodiode einem positiven Potential. Wenn das Ausgangssignal von der Fotodiode 104 gleich Null ist, steuert die Drehantriebseinheit 99 den Impulsmotor 92 des Drehmechanismus 87 nicht an. Wenn das Ausgangssignal von der Fotodiode positiv ist, steuert die Einheit 99 den Impulsmotor 92 zur Vergrößerung des Neigungswinkels des Substrats 24 an. Wenn das Ausgangssignal negativ ist, steuert die Einheit 99 den Impulsmotor 92 im Sinne einer Verkleinerung des Neigungswinkels des Substrats an. Mit dieser Steuerung kann der Aufbauvorgang durchgeführt werden, während die Flüssigkeitsoberfläche in der Nähe des Substrats flach bzw. eben (ungekrümmt) bleibt.
In Fig. 23 sind mit den Bezugsziffern 106 und 108 ein Nulldurchgang-Detektor bzw. ein Motortreiber bezeichnet.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines organischen Dünnfilms, umfassend die folgenden Schritte:

Bereitstellen einer Flüssigkeitsoberfläche zur Ausbildung eines Entwicklungsbereichs (18), in welchem ein monomolekularer Film organischer Moleküle entwickelbar ist,

Entwickeln eines monomolekularen Films organischer Moleküle im Entwicklungsbereich,

Zusammenpressen oder Verdichten des entwickelten monomolekularen Films auf einen vorbestimmten Oberflächendruck und

Bewegen eines Werkstückes (24, 64) mit einer Aufbaufläche (24a) in einer Richtung senkrecht zum Entwicklungsbereich durch den entwickelten monomolekularen Film, um damit den monomolekularen Film auf der Aufbaufläche aufzubauen, dadurch gekennzeichnet, daß

der Aufbauschritt ein Bewegen des Werkstücks (24, 64) vor der Aufbaufläche (24a) in einer Horizontalrichtung, während das Werkstück in einer Richtung senkrecht zum Entwicklungsbereich (18) bewegt wird, beinhaltet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Horizontalbewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks (24, 64) so eingestellt wird, daß eine Oberflächenmolekulardichte des monomolekularen Films während des Aufbauschritts konstant bleibt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Horizontalbewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks (24, 64) so eingestellt wird, daß das Werkstück durch den Entwicklungsbereich (18) mit bzw. über eine(r) Fläche entsprechend der Zahl der Moleküle des monomolekularen Films, die durch Vertikalbewegung des Werkstücks pro Zeiteinheit auf der Aufbaufläche (24a) des Werkstücks aufgebaut worden sind, bewegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufbauverhältnis anhand eines Verhältnisses der Menge an Molekülen, die pro Zeiteinheit auf der Aufbaufläche (24a) des Werkstücks (24, 64) aufgebaut worden sind, zu einer (Ober-)Fläche der Aufbaufläche, welche bei Vertikalbewegung des Werkstücks mit einer vorbestimmten Vertikalbewegungsgeschwindigkeit den Entwicklungsbereich (18) durchläuft, berechnet wird, und die Horizontalbewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks durch Multiplizieren des berechneten Aufbauverhältnisses mit der vorbestimmten Vertikalbewegungsgeschwindigkeit bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbauschritt ein horizontales Bewegen des Werkstücks (24, 64) in einer Richtung senkrecht zur Aufbaufläche (24a) beinhaltet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt eines Verhinderns des Einfließens der Moleküle in den Bereich des Entwicklungsbereichs (18), der vom Werkstück (24, 64) durchlaufen worden ist, und dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbauschritt nach dem Einfließverhinderungsschritt durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfließverhinderungsschritt das Festlegen des Entwicklungsbereiches so, daß er im wesentlichen die gleiche Breite wie das Werkstück aufweist, und das Unterteilen des festgelegten Entwicklungsbereiches in einen vorderen Bereich vor der Aufbaufläche (24a) und einen hinteren Bereich hinter der Aufbaufläche durch das Werkstück umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbauschritt durchgeführt wird, während die Aufbaufläche (24a) des Werkstücks (24, 64) senkrecht zum Entwicklungsbereich (18) angeordnet ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbauschritt durchgeführt wird, während die Aufbaufläche (24a) des Werkstücks (24, 64) unter einem vorbestimmten Winkel zum Entwicklungsbereich (18) geneigt ist.

10. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn ein Kontakt- oder Berührungswinkel zwischen der Aufbaufläche (24a) und der Flüssigkeitsoberfläche zu e gegeben ist, der Neigungswinkel der Aufbaufläche auf 180º - R eingestellt wird.

11. Vorrichtung zur Herstellung eines organischen Dünnfilms auf einer Aufbaufläche eines Werkstücks, umfassend:

eine Wanne (12) zum Aufnehmen einer Flüssigkeit, wobei die Wanne eine Flüssigkeitsoberfläche aufweist, die einen Entwicklungsbereich (18) bildet, in welchem ein monomolekularer Film organischer Moleküle entwickelt wird oder ist,

eine Zusammendrück- oder Verdichtungseinheit zum Verdichten des entwickelten monomolekularen Films auf einen vorbestimmten Oberflächendruck,

eine Vertikalbewegungseinheit (46) zum Bewegen des Werkstücks (24, 64) in einer Richtung senkrecht zum Entwicklungsbereich durch den monomolekularen Film, um damit den monomolekularen Film auf der Aufbaufläche (24a) aufzubauen,

ferner gekennzeichnet durch

eine Horizontalbewegungseinheit (42) zum Bewegen des Werkstücks (24, 64) vor der Aufbaufläche (24a) in einer horizontalen Richtung und

eine Antriebseinrichtung zum Antreiben der Vertikal- und Horizontalbewegungseinheiten (46, 42) in der Weise, daß das Werkstück horizontal bewegt wird, während es vertikal durch den entwickelten monomolekularen Film bewegt wird, um dabei den monomolekularen Film auf der Aufbaufläche aufzubauen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung eine Horizontalbewegungsantriebseinheit (50, 50a) zum Antreiben der Horizontalbewegungseinheit (42) in der Weise, daß das Werkstück (24, 64) mit einer Horizontalbewegungsgeschwindigkeit bewegt wird, bei welcher eine Oberflächenmolekulardichte des monomolekularen Films beim Aufbauen des monomolekularen Films konstant bleibt, aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (24, 64) so angeordnet ist, daß die Aufbaufläche (24a) in der Horizontalbewegungsrichtung liegt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, ferner gekennzeichnet durch eine Einfließverhinderungseinheit (52) zum Verhindern eines Einfließens des monomolekularen Films in den Bereich des Molekülentwicklungsbereichs (18), den das Werkstück (24, 64) durchlaufen hat.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfließverhinderungseinheit (52) eine Festlegungseinheit zum Festlegen des Entwicklungsbereichs (18) in einen Bereich, der sich in der Horizontalbewegungsrichtung des Werkstücks (24, 64) erstreckt und im wesentlichen die gleiche Breite wie das Werkstück aufweist, enthält und das Werkstück angeordnet ist zum Unterteilen des durch die Festlegungseinheit festgelegten Bereichs in einen vorderen Bereich vor der Aufbaufläche (24a) und einen hinteren Bereich hinter der Aufbaufläche.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Festlegungseinheit zwei langgestreckte, parallele Abstandhalter (20) aufweist, die sich in der Horizontalbewegungsrichtung des Werkstücks (24, 64) erstrecken und auf der Flüssigkeitsoberfläche der Wanne (12) schwimmen, wobei die Abstandhalter so angeordnet sind, daß ein Abstand zwischen ihnen einstellbar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtungseinheit einen ersten Verdichtungsmechanismus (25, 26) zum Verdichten von im vorderen Bereich entwickelten organischen Molekülen, eine erste Oberflächendruck-Detektoreinheit (34) zum Erfassen bzw. Messen des Oberflächendrucks der im vorderen Bereich entwickelten organischen Moleküle, eine zweite Verdichtungseinrichtung (48, 72) zum Verdichten von im hinteren Bereich entwickelten Molekülen niedriger Viskosität, eine zweite Oberflächendruck-Detektoreinheit (78) zum Erfassen bzw. Messen des Oberflächendrucks der im hinteren Bereich entwickelten Moleküle und eine Verdichtungsantriebseinheit (82) zum Antreiben des (der) zweiten Verdichtungsmechanismus bzw. -einrichtung auf der Grundlage des durch die zweite Oberflächendruck- Detektoreinheit während des Aufbauvorgangs gemessenen Oberflächendrucks, so daß die im hinteren Bereich entwickelten Moleküle einen vorbestimmten Oberflächendruck beibehalten, aufweist, das Werkstück (24, 64) so angeordnet ist, daß es entsprechend der Druckdifferenz zwischen dem vom vorderen Bereich auf das Werkstück wirkenden Oberflächendruck und dem vom hinteren Bereich auf das Werkstück wirkenden Oberflächendruck gegenüber dem Entwicklungsbereich neigbar ist, und die Antriebseinrichtung eine Detektoreinheit (84) zum Erfassen eines Neigungszustands des Werkstücks und eine Horizontalbewegungs-Antriebseinheit (50a) zum Antreiben der Horizontalbewegungseinheit (42) entsprechend dem durch die Detektoreinheit erfaßten Neigungszustand des Werkstücks, so daß das Werkstück senkrecht zum Entwicklungsbereich (18) liegt, aufweist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Horizontalbewegungseinheit (42) ein erstes Bewegungselement (40) aufweist, das so angeordnet ist, daß es über dem Entwicklungsbereich (18) horizontal bewegbar ist, und die Vertikalbewegungseinheit (46) ein durch das erste Bewegungselement vertikal bewegbar gehaltertes zweites Bewegungselement (44) aufweist, wobei das Werkstück (24, 64) vom zweiten Bewegungselement getragen wird.

19. Vorrichtung nach Anspruch 11, ferner gekennzeichnet durch eine Dreheinheit (87) zum Drehen des Werkstücks (24, 64) in der Weise, daß die Aufbaufläche (24a) unter einem vorbestimmten Winkel gegenüber dem Entwicklungsbereich (18) geneigt ist, und dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung die Vertikal- und Horizontalbewegungseinheiten (42, 46) antreibt, während die Aufbaufläche (24a) unter dem vorbestimmten Winkel geneigt ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Neigungswinkel α auf α = 189º - R eingestellt ist, wobei e für einen Kontakt oder Berührungswinkel zwischen der Aufbaufläche und der Flüssigkeitsoberfläche steht.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Horizontalbewegungseinheit (42) ein erstes Bewegungselement (40) aufweist, das für Horizontalbewegung angeordnet ist und die Dreheinheit (87) haltert, die Dreheinheit einen Dreharm (95) aufweist, der eine auf dem Entwicklungsbereich (18) verlaufende Dreh-Mittelachse aufweist und in einer senkrecht zum Entwicklungsbereich liegenden Ebene drehbar ist, die Vertikalbewegungseinheit (46) ein zweites Bewegungselement (44) aufweist, das am Dreharm für Linearbewegung in der genannten Ebene gehaltert ist, und das Werkstück (24, 64) durch das zweite Bewegungselement so getragen wird, daß die Aufbaufläche (24a) auf der Dreh-Mittelachse des Dreharms liegt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Horizontalbewegungseinheit (42) ein erstes Bewegungselement (40) aufweist, das für Horizontalbewegung angeordnet ist und die Vertikalbewegungseinheit (46) haltert, die Vertikalbewegungseinheit ein für Bewegung in einer Richtung senkrecht zum Entwicklungsbereich (18) angeordnetes zweites Bewegungselement (44) aufweist, die Dreheinheit (87) einen am zweiten Bewegungselement gehalterten Motor mit einer drehbaren Welle enthält, die sich in einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des ersten Bewegungselements und parallel zum Entwicklungsbereich erstreckt, und das Werkstück (24, 64) durch die (drehbare) Welle so getragen wird, daß die Aufbaufläche (24a) auf der Mittelachse der (drehbaren) Welle liegt.