JPS60193326A - 成膜装置 - 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】 く技術分野〉 本発明は、半導体あるいは光学デバイスの機能を荷う部
分である薄膜の作製装置に関し、特に、単分子累積法、
すなわちラングミュア・ブロジェット法（ＬＢ法）を用
いるＬＢ膜作製装置に関するものである。

〈背景技術〉 従来、半導体技術分野並びに光学技術分野に於ける素材
利用は、もっばら比較的取扱いが容易な無機物を対象に
して進められてきた。これは有機化学分野の技術進展が
無機材料分野のそれに比べて著しく遅れていたことが一
因している。

しかしながら、最近の有機化学分野の技術進歩には目を
みはるものがあり、又、無機物対象の素材開発もほぼ限
界に近づいてきたといわれている。そこで無機物を凌ぐ
新しい機能素材としての機能性有機材料の開発が要望さ
れている。有機材料の利点は安価かつ製造容易であるこ
と、機能性に富むこと等である０反面、これまで劣ると
されてきた耐熱性、機械的強度に対しても、最近これを
克服した有機材料が次々に生まれている。このような技
術的背景のもとで、論理素子、メモリー素子、光電変換
素子等のＩＣデバイスやマイクロレンズ・アレイ、光導
波路等の光学デバイスの機能を荷う部分（主として薄膜
部分）の一部又は全部を従来の無機薄膜に代えて、有機
薄膜で構成しようという提案から、はては１個の有機分
子に論理素子やメモリ素子等の機能を持たせた分子電子
デバイスや生体関連物質からなる論理素子（例えばバイ
オ・チップス）を作ろうという・提案が最近。

いくつかの研究機関により発表された。

かかる有機材料を用いて上記の各種デバイス等を作成す
る際の薄膜は、公知の単分子累積法、すなわちラングミ
ュア・ゾロジェット法（ＬＢ法）によって形成すること
ができる。

該ＬＢ法とは、第１図において、親木基１ａと疎水基ｌ
ｂ゛で構成されるｍ分子ｌ、すなわち膜構成物質をベン
ゼン、クロロホルム等の揮発性の溶媒に溶かし、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
の揮発後に水面上に残されたＱｉ分子＋＋２　（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、１８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
に移しとる方υ；である。

しかしながら、この方法によると、基板上に移し取られ
た単分子膜の分だけ、水面上の単分子の面積は減少する
。すなわち、水面上の中分子膜（固体膜）は均一性が要
求されるため、その面密度を一定に保ったままで、しか
もｉ！Ｉ！統して該単分子膜を基板上に移し取っていく
場合には、框で囲まれた面積は徐々に減少しＯに近づく
ので、その移し取る回数にはおのずと制限がある。

〈発明の開示〉 未発明の（１的は」二連の問題点を解消することであり
、その為に所望の面密度が再られるようｒｌを分子１１
Ｒの表面圧を制御し、更に単分子膜を囲む框（障壁）を
液面に対して着脱自在に設けることにより、単分子膜の
容易な連続累積に加えて、累積の際の手間および時間の
短縮をも図ることを可能とするものである。

以下、本発明の原理を、第２図に従って説明する。

ある一定の流速を持つ水面上←こ、単分子膜２を展開す
ると、該単分子＋１１；！２を構成する分子と水との引
力によって、単分子膜２は水の流れの方向（矢印の方向
）に一定の力で引っ張られる。このとき、水の流れに影
響することなく単分子膜２の移動のみを阻１１−シ得る
障壁８が単分子膜２の流れの行く手にあれば、該単分子
Ｉｔ＋２２はある一定の力でこの障壁８に押し当てられ
る。すなわち、単分子膜２が障壁８に押し当たる力、言
し゛換えるとＱｊ分子膜２の表面圧は、水のｉ！＃、′
ｌ！Ｌを変化させることで容易に制御することができる
ことを示している。本発明は、この原理を応用すること
を特徴としている。

〈発明を実施するための最良の形態〉 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。なお、各図面において、同じ参照符号は同じ構成
部材であり、同一の機能を有するものとする。

まず、第１の実施例を、第３図に従って説明する。ステ
アリン酸を溶媒クロロホルム中に１×１０−３呵／ｉの
割合で溶かした溶液９．１　ｍｌを、２０ｃｍ／ｓｅｃ
速度で矢印の方向に流れる水面上の、障壁８から見て上
流の領域９（以降、滴下領域９と称する。）において滴
下し、展開を行ったところ、障壁８で囲まれた水面上に
およそ　１２０　ｃｍ″の単分子−１１９２を形成した
。不図示の表面圧測定器で単分子ＩＩり２の表面圧を測
定したところ、２４ｄｙｎｅ／ｃｍの値を示し、単分子
ｌ！２は所望の固体状態を形成していることが確認され
た。さらに、速度を１５〜２５Ｃ＋Ｉｌ／ＳｅＣの範囲
で変化させたところ、表面圧がほぼこれに比例して変化
することを確め、流速で表面圧を制御できることが明ら
かになった。また、このとき、滴下平も０，０５〜０．
３　ｍＪ！の範囲で変化させたところ、表面圧もこれに
比例して変化することが確認された。すなわち、滴下ｒ
Ｉ）によっても表面圧を制御できることが明らかになっ
た。−・力。

障壁８の近傍の領域１０（以降、累積領域１０と称する
。）に於て、基板への単分子膜の累積を垂直浸漬法によ
って行ったところ、累積率９０ないしほぼ１００％の良
好な１模を得ることができた。

その後、表面圧が一定になる様に流速を制御しながら、
かつ単分子膜２が累積領域１０で基板に移し取られ減少
するのを、滴下領域９での膜構成物質の滴下によって補
いながら累積操作を繰り返し行なった結果、従来装置で
は難しかった連続累積を容易に達Ｉ表することができた
。

次に、第２の実施例を、第４図（ａ）、（ｂ）に従って
説明する。

本実施例は、第１の実施例に若干の改良を加えたもので
ある。図に示されるように、？１分子１１りの移動を阻
止するための障壁８が、上下方向に可動自在に構成され
ていることを特徴としており、その結果として、−爪巾
分子膜の累積操作を行なうｔ：めの準備に要する手間と
時間を短縮することを可能とするものである。

４１、体重には、（ａ）図の状愈において、まず累積領
域１０内で不図示の基板に単分子膜を移し取る。

そして、水槽３内に中分子膜が残った場合には。

これを流し去るために、（ｂ）図に示すように障壁８を
、モータ等の不図示の駆動装置（ただし、人為的操作で
も可能である。）による水面から引上げる。水面上の余
剰の単分子膜は、水流発生装置７からの水の流れに押し
流される。その結果として、水槽内の水面は清詐化され
、次の操作にすばやく移送することが可能となり、手間
と時間を大きく短縮することができた。

次に、第３の実施例を、第５図に従って説明する。

本実施例も、第１の実施例に若干の改良を加えたもので
ある。すなわち、第五の実施例では、累積領域ｌＯにお
いて、水の流れは、垂直浸漬法で累積する場合の水中に
没する基板（不図示）、ならびに障壁８によって乱され
、単分子ＩＩ！ｌ！２が折り曲げられたり、一定である
べき表面圧が一時的に変動したりするので、好ましくな
い。−そこで本実施例では、水槽の深さに変化をつけて
、累積領域ＩＯにおける水の流れ（流速）を遅くするこ
とにより、第１の実施例を改良した。具体的には、滴下
領域９を含む、単分子膜２の表面圧を形成する領域１１
（以降、表面圧形成領域１１と称する。）における水槽
の深さをｌｃ＋＊と浅くし、累積領域ｌＯにおける水槽
の深さを１０ｃ＋ｍと深くした。その結果、表面圧形成
領域１１における流速を２０ｃｍ／ｓｅｃとしても累積
領域１０における流速は約１７１Ｏ程度になり、基板へ
の単分子膜の累積を行ったところ、第１の実施例では歩
留りが２０〜８０％であったのが、５０〜１００％と向
上した。

次に第４の実施例を、第６図に従って説明する。

本実施例は、第３の実施例の変形例で、水槽の幅に変化
をつけて、累積領域ｌＯにおける流速を遅くすることに
より、第１の実施例を改良したものである。具体的には
、滴下領域９を含む、表面圧形成領域１１における水槽
の幅を２ｃｍと狭くし、累積領域ｌＯにおける水槽の幅
を２００階と広くした。その結果、表面圧形成領域１１
における流速を２０ｃ■／３ｅＣとしても累積領域ｌＯ
における流速は約１／１０程度になり、基板への単分子
膜の累積を行ったところ、第１の実施例では歩留りが２
０〜Ｂθ％であったのが、５０〜１００％と向上した。

次に、第５の実施例を、第７図（ａ）、（ｂ）に従って
説明する。

本実施例は、１つの水槽内を、扇形状の複数（本実施例
では５個）の障壁８で水面付近だけを仕切ったもので（
以降仕切られた領域をブロックと称する。）、中心付近
から外周に・向かって各ブロック内へ水が流入するよう
構成されている。本実施例による装置は、単分子膜２の
基板上への累積能力や、連続累積が容易な点については
、第１の実施例と同様である。

さらに未実施例に固有の特徴としては、′ｐ、種単種子
分子積（ヘテロ構造）を容易に行なえることである。す
なわち、あらかじめ各ブロック毎に、異なる材料の単分
子膜を水面上に展開しておき、あるブロックにおいて垂
直浸漬法を用いて基板上に単分子１１９．を累積したの
ち、別のブロックにおいて同様の操作を繰り返すことに
より、ヘテロな累積（累積方向に単分子膜の構成分子が
異なる）　ＩＩ！を容易に形成することができた。この
詩、気相中でブロック間を移動することも、水相中で移
動することも可能であるので、例えばＹ型膜を形成する
１１りのへテロ接合は、親水基同志間にも疎水）ｋ同志
間にも自由に設定することができた。

次に、第６の実施例を、第８図に従って説明する。

本実施例は、前述の実施例において、流出する水を循還
させて水槽中に再び戻すことにより、水の再利用を図っ
ていることを特徴としている。第８図において、循還路
１２のほとんどにはパイレックスのガラス管を用い、ま
たη水槽１３に溜った水は、ポンプ１４によって送り出
され、ゲートバルブ１５によって流速が制御される様に
なっている。

この様に、流出する水をｆｆｉ還させることで、失われ
る水を補給するシステムが不要となり、装置１１・体も
簡便なものとなった。

次に、第７の実施例を、第９図に従って説明する。

本実施例は、図にも示されるようにその循還路１２の途
中に除塵用のフィルタ１６を挿入したこ−とを特徴とし
ている。具体的には、０．５μｓ以上のゴミを取り除く
フィルタ１Ｂを挿入したところ、従来は２〜５回（時間
にして５〜ｌＯ時間）程度装置を使用しただけで、水槽
中に視認できるほどのゴミが確認されていたのが、１０
０回以上の装置使用後においても視認できる様なゴミが
確認されなかった。すなわち、流水路の循還系にフィル
タを挿入するという筒中な構成で、容易に水の浄化を図
ることができた。

次に、第８の実施例を、第１θ図に従って説明する。

本実施例は、図にも示されるように、その循ρＭ！２の
一部にｐＨ制御装置３０を設けたことを特徴としている
。具体的には、該装置に水酸化ナトリウ１、ノ容靜と塩
酸とをそれぞれ、マイクロシリンダを用いて所定♀混入
させたところ、従来困難であった水酸化ナトリウトや塩
酸の拡散が、本実施例では水が流れている為に、非常に
短時間（５〜３０分）内に所定のｐＨを得ることがＵ（
能となった。また、水装置によれば、単分子膜を水面上
に形成したままでｐＨを制御することも可能であること
は明らかであろう。

最後に、第９の実施例を、第１１図に従って説明する。

本実施例は、図にも示されてるように、その循還路１２
の一部に熱交換器３１を設けたことを特徴としている。

９１体的には、循還する水の通る　３７８インチ径、肉
厚０．５１ｍｍのパイレックスのガラス管を中空の銅バ
イブで巻いた熱交換器３１を設け、水槽３内に設けられ
た温度センサ３３を介して、温度制御装置３２で制御し
ながら銅パイプ中に所望の温度の液体を流すことで、循
還する水の温度制御を行った。その結果、水槽中の水を
、５〜８０℃の範囲において±　０．５°Ｃの精度で制
御することができた。したがって、単分子膜の累積の際
の温度条件を容易に制御することが可能となった。また
、衣装性によれば、単分子膜を水面上に形成したままで
温度制御を行うことも可能であることは明らかであろう
。

本発明は、以上説明したように、障壁を液面に対して着
脱自在に設けることにより、中分子膜の容易な連続累積
に加えて、累積の際の手間および時間の短縮をも図るこ
とができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のＬＢ膜作製装置の模式図、第２図は、
単分子膜の表面圧を水流により制御する方法の原理を説
明する図、第３図は本発明の第１の実施例の概略断面図
、第４図は（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、第２の実施例に
おいて障壁８を取り去る前および取り去った後の概略断
面図、第５図は第３の実施例の概略断面図、第６図（ａ
）、　（ｂ）はそれぞれ、第４の実施例の概略斜視図お
よび断面図、第７図は第５の実施例の概略構成図、第８
図は第６の実施例の概略４Ｉ１１成因、第９図は第７の
実施例の概略構成図、第１０図は第８の実施例の概略構
成図、第１ｆ図は第９の実施例の概略構成図である。 ｉ　−−一　単分子 ｌａ　−−一　親水ノ＆ ｌｂ　−−一　疎水基 ２−ｍ−単分子１１１２ ３−ｍ−水槽 ４−　框 ７−ｍ−水流発生装置 ８−ｍ−障壁 ９−ｍ−滴下領域 ｌＯ−ｍ−累積領域 １１−−一　表面圧形成領域 １２−ｍ−循還路 １３−ｍ−貯水槽 １４−ｍ−ポンプ １５−ｍ−ゲートパルプ ｌ６−−−　フ　ィ　１し　タ ２＋　−−−ｐＨセンサ ３０−−−　ｐＨ制御装置 ３１−−一　熱交換器 ３２−−一　温度制御装置 ３３−ｍ−温度センサー 第　１　図 第　２　図 第８図 フ 第９図 笛　ＡＯ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 成膜用分子を展開する液面に対して着脱自在な障壁を設
   けたことを特徴とする成膜装置。