JPH0417681A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、単分子累積法、すなわちラングミュア・プロ
ジェット法（ＬＢ法）に好適な成膜装置に関する。

［従来の技術］ 従来、液面上に展開された単分子を、基板の表面上に移
しとることにより、該担体上に単分子膜又は単分子累積
膜から成る薄膜（ＬＢｌｉ）を成膜する方法（ＬＢ法）
が知られている。

ＬＢ法は、例えば第２図において、親木基１ａと疎水基
１ｂで構成される単分子ｌ、すなわち成膜用分子をベン
ゼン、クロロホルム等の揮撥性の溶媒に溶かし、水槽３
内に配設された框４で囲まれる水面上に滴下し、該溶媒
の揮撥後に水面上に残された単分子膜（この時点では気
体膜）２を、框４が囲む面積を縮めて該単分子膜２の面
密度を増すことにより固体膜へと変態させ、これを垂直
浸漬法や水平付着法によって不図示の基板に移しとるこ
とにより、基板表面に単分子膜やその累積膜を成膜する
方法である。

［発明が解決しようとする課題］ 各種機能性分子を含む単分子膜及びその累積膜の用途の
拡大にともなって、種々の機能の膜の設計が試みられて
いる。

例えば、成膜用分子の一軸配向性（成膜用分子が秩序だ
って同一方向に向いて並んでいる状態のことをいう、）
を持たせた膜は、成膜用分子がきわめて秩序よく並び、
同一方向に向いているので、さまざまな用途がある。例
えば液晶配向膜に適している。すなわち、成膜用分子と
液晶分子との相互作用により、液晶分子に高い一軸配向
性をもたせることができる。

しかしながら、従来の成膜装置では、上述の成膜用分子
の一軸配向性を得ること、及び−軸配向性を有した成膜
用分子の準−次元的な列を周期的に配列させることは困
難であった。

本発明の目的は、成膜用分子の一軸配向性を有する膜の
成膜が可能な成膜装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、−軸配向性を有した成膜用分子の
準−次元的な列を周期的に配列した膜を成膜できる成膜
装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の成膜装置は、成膜用分子を展開させる液面を形
成するための液槽を有する成膜装置において、前記液面
に定常波を付与するための定常波発生手段を有すること
を特徴とする。

本発明の成膜装置を用いた成膜においては、成膜用分子
の展開液面での配向及び位置が定常波発生手段により発
生させた定常波により制御され、成膜用分子の一軸配向
性を有する膜を形成することができる。また、成膜用分
子の分布に関する面密度に周期的変化を持たせることが
可能となる。

定常波発生手段から発生させる定常波としては、例えば
適当な周波数の横波あるいは縦波が利用でき、その定常
波の周期的圧力勾配の作用により液面に展開している成
膜用分子に定常波の節の方向に関して一軸配向性を、そ
して節と直行する方向における成膜用分子の分布に関す
る面密度に周期的変化を持たせることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の詳細な説明する。

第２図は本発明の成膜装置の一例を示す斜視図である。

この装置は、その表面に成膜用分子を展開させる液面を
形成するための液槽５と、振動子１０とこれに対向する
反射板１１とを有する定常波発生手段とからなる構成を
有する。

本発明の装置には、可動バリア７のような液面上に展開
された成膜用分子からなる膜の表面圧を調整するための
表面圧調整手段及び膜を移し取るために基板８を操作す
るための支持棒９等を有する基板送り手段が必要に応し
て設けられる。

定常波発生手段を構成する振動子ＩＯとしては、圧電振
動子、高分子圧電膜振動子、圧電セラミック振動子など
が特に制限なく利用できる。具体的には、例えば水晶振
動子、ポリフッ化ビニリデン膜からなる圧電振動子、ジ
ルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）振動子等が利用できる。

なお、振動子１０は、振動子そのものからなる構成を有
するものであっても、あるいは振動子と該振動子からの
定常波を成膜用分子の液面に伝達できる板等の基体とを
有するものであっても良しＡ。

振動子１０の形状及び大きさは、所望の効果が得られる
ように適宜選定される。

また、振動子１０は必要に応じてその上下方向及び水平
方向において任意の位置及び面方向を取れるようにして
おくと良い。

振動子１０からの成膜用分子の展開液面への定常波の付
与は、振動子ｌＯを液面から適当な間隔で離した位置に
配置して、あるいは振動子１０の一部または全部を液中
に潰す位置に配置して、振動させることにより行なうこ
とができる。

振動子１０によって起こす定常波としては、所望の成膜
用分子の配向性が基板８上に移し取った膜中に得るのに
必要な波形及び周波数等を持つものが利用される。

反射板１１は、液面、液中に振動子ＩＯにより形成され
た波を反射させることにより、振動子１０との間に定常
波を形成するためのものであり、振動子１０の設置位置
及び面方向に対応して、その設置位置及び反射面の面方
向が決定される。振動子ｌＯがその設置位置及び面方向
を調節できるようにしたものである場合には、反射板も
その設置位置及び反射面が調節可能となるように設ける
。反射板１１としては、ニッケル等の金属からなる板等
が利用できる。

なお、図の液面に示した平行線群１２は、振動子ｌＯと
反射板１１との間に形成された定常波の節を模式的に示
したものである。

基板８の送り手段としては、棒等の適当な基板支持部材
と、該支持部材を液面上へ搬送あるいは液面上から搬出
し、かつそれを上下方向等の所定の方向に送る適当なモ
ーター等の駆動手段を必要に応じて有する送り機構とを
有するものが利用できる。図示した例では、基板を液面
に垂直な方向に保持し、それを上下方向に送り、液面を
横切らせる場合が例示されているが、基板の送り方向は
これに限定されず、例えば基板を液面に水平な方向に保
持し、それを上下方向に送って基板面を液面に接触させ
ることができるような構成としても良い。

図示した装置による成膜は例えば以下のようにして行な
うことができる。

液槽６内に、水、エタノール等の成膜用分子を展開させ
る液面を形成するための液体を満たす。

振動子ｌＯ及び反射板１１を所定の位置で設置し、振動
子１０を振動させて反射板１１との間に定常波を発生さ
せる。次に、このようにして定常波が付与されている液
面に、成膜用分子を揮撥性溶媒に含有させた液体を滴下
し、液面に展開させる。必要に応してバリアー７の位置
を調節し、所定の表面圧を液面に展開した成膜用分子に
与えて、必要表面圧の単分子膜を形成する。この状態で
、ガラス、シリコン等からなる基板８を液面に垂直な方
向で移動させて液面に形成された膜を移し取ることによ
って、基板上に成膜用分子の単分子膜を形成できる。

単分子累積膜を形成する場合には、基板８の上下方向で
の往復回数を累積数に応じて設定すれば良い、こうして
基板８上に得られた単分子膜には、液面に形成された定
常波の節１２と順方向での成膜用分子の一軸配向性及び
節１２と直行する方向における成膜用分子の分布に関す
る面密度の周期的変化が得られる。

［実施例］ 実施例１ 基板８として、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）の
飽和蒸気中に一昼夜放置してその表面を疎水化したガラ
ス基板（コーニング社製＃　７０５９）を用意した。こ
の基板を用い、ポリイミド分子の一軸性が高い分子列が
等間隔に並んだ膜を以下のようにして形成した。

第１図に示す装置の振動子１ｏとして、長方形状（幅２
ｃｍ、長さ３ｃｍ、厚さ　ｃｍ）の平面波発生用のＰＺ
Ｔ振動子を用い、反射板１１として振動子と同し長方形
のニッケル板（幅２ｃｍ、長さ３ｃｍ、厚さ３ｃｍ）を
用いた。なお、ニッケル板の厚さは曲げ振動が生じない
程度の厚さとした６液槽６内に水を満たし、振動子１０
と反射板１１とを振動子１０を周波数２　ＭＨｚで振動
させ、縦波の定常波の節の間隔が約０．４ｍｍとなるよ
うに水中にしずめて配置した。

次に、定常波の生している水面上（水温２０℃）にポリ
アミック酸（分子量約２０万）を濃度ｌＸｌ０−”容量
％でジメチルアセトアミドに溶解させた溶液を展開し、
水面上に単分子膜を形成した。この単分子膜の表面圧を
可動バリア７の位１を調節して２５　ｍＮ／ｍまで高め
、更にこれを一定に保ちながら基板８を定常波が形成さ
れている領域の水面にこれを横切る方向に５　ｍｍ／秒
で浸漬、弓き上げを行い水面上のポリアミック酸分子の
単分子膜を基板８上に移しとった。この際、表面圧を加
える方向は定常波の節の方向と平行であり、基板８の向
きは定常波の節と直交するようにした。

この操作、つまり基板の浸漬、引き上げ、を１２回繰り
返した。更にこれら基板上に移し取られたポリアミック
酸単分子累積膜を３００℃で１０−分加熱することによ
りポリイミド膜にした。

上記方法によりガラス基板上に形成されたポリイミド膜
の２色比をＦＴ−ＩＲにより調べた。測定にあたり１７
００ｃｍ−’付近に観察されるイミドカルボニル基の振
動に起因する吸収に注目した。

その結果、基板の上下方向とそれに直交する方向に関す
る２色比は１．８以上であった。

一方、上記方法で定常波を起こさずに形成したポリイミ
ド膜の２色比は１．５であった。

この結果から、定常波を用いることにより、従来のＬＢ
法では得られなかった優れた一軸配向性のポリイミド膜
が形成できることが確認された。

実施例２ メロシアニン色素［日本感光色素■製、ＮＫ２７４８］
　とアラキン酸をモル比で１＝２にクロロホルム中にこ
れらの合計のモル濃度がｌＸｌ０−３Ｍとなるように混
合して得た溶液を、実施例１と同様にして定常波が生じ
ている水面に滴下し、単分子膜を形成し、その表面圧を
可動バリア７の位置を調節することで２５ｍＮ／ｍまで
高めた。なお、本実施例では、水槽中の水として、　Ｃ
ｄ”をの濃度で含むｐＨ６，０〜６．５の水（水温２０
℃）を使用した。

次に、実施例１で使用したのと同じ基板を、実施例１と
同じ条件で操作して、基板上にメロシアニン色素の膜を
移し取った。

得られたメロシアニン色素膜の２色比を５９０ｎＩＩＩ
付近のＪ吸収帯で調べたところ、基板の水面からの膜の
移し取りの際の移動方向及びそれと直向する方向に関す
る２色比は、それぞれ２以上であった。

更に、以上の方法を定常波を起こさずに行なって得たメ
ロシアニン色素膜の同様の２方向における２色比はそれ
ぞれ１．８であった。

この結果から、得られたメロシアニン色素膜は従来法で
形成されたものよりも優れた一軸配向性を有することが
確認された。

更に、得られたメロシアニン色素膜のレーザー光による
回折パターンを調べたところ、ガラス基板上にメロシア
ニン色素が密に集合した列が約０．４　ｍｍの一定間隔
で並んでいることがわかった。

これらの結果は、定常波を利用することにより、膜中に
成膜用分子の密度の高い部分の列を形成でき、かつこれ
らを一定間隔で並列でき、しかも高い一軸配向性を成膜
用分子に持たせることが可能であることを示している。

実施例３ 振動子として円盤状水晶振動子（直径３０ｍｍ、厚さ０
．２８７　ｍｎ＋）を用い、周波数を１０ＭＨｚとして
、縦波定常波の節の間隔が約０．０８　ｍｍとする以外
は実施例２と同様にしてメロシアニン色素膜をガラス基
板上に成膜した。

得られたメロシアニン膜のレーザー光による回折パター
ンを分析したところ、メロシアニン色素分子が密に集合
した列が約０．０８　ｍｍの一定間隔で並列しているこ
とがわかった。すなわち、振動子の周波数を変化させる
ことで、膜中での成膜用分子の高密度部分の列の間隔を
変化させることができることが判明した。

［発明の効果］ 本発明によれば、成膜用分子の展開液面に定常波を生じ
させてお（ことで、高い一軸配向性を得られる膜中の分
子に持たせることができ、更に、高い一軸配向性を持つ
分子の高密度帯からなる列を定常波の周波数に応じた一
定間隔で並列させることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の成膜装置の一例の斜視図、第２図はＬ
Ｂ法による成膜過程を説明するための液槽の模式的断面
図である。 １・・・単分子 １ｂ・・・疎水基 ３・・・液槽 ５・・・液体 ７・・・可動バリア ９・・・支持棒 １１・・・反射板 １ａ・・・親水基 ２−・・単分子膜 ４・・・框 ６・・−液槽 ８−・・基板 １０−・・振動子 １２・・・定常波の節

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．成膜用分子を展開させる液面を形成するための液槽
   を有する成膜装置において、前記液面に定常波を付与す
   るための定常波発生手段を有することを特徴とする成膜
   装置。
2. ２．成膜用分子の単分子膜を液面に形成する請求項１に
   記載の成膜装置。
3. ３．定常波発生手段が、振動子と該振動子と対向して設
   けられた反射板とからなる請求項１または２に記載の成
   膜装置。
4. ４．振動子が、圧電振動子、高分子圧電膜振動子または
   圧電セラミック振動子である請求項１〜３のいずれかに
   記載の成膜装置。
5. ５．振動子が、水晶振動子またはジルコン酸チタン酸鉛
   振動子からなる請求項１〜４のいずれかに記載の成膜装
   置。
6. ６．成膜用基板を成膜用分子を展開した液面に接触させ
   て液面から該成膜用基板に該成膜用分子からなる膜を移
   し取るための基板送り手段を有する請求項１〜５のいず
   れかに記載の成膜装置。
7. ７．液面に展開された成膜用分子の表面圧を調整するた
   めの表面圧調整手段を有する請求項１〜６のいずれかに
   記載の成膜装置。
8. ８．成膜用分子を展開させた液面に定常波を付与しつつ
   、基板を接触させて、該基板上に該成膜用分子からなる
   膜を移し取る過程を有することを特徴とする成膜方法。