明 細 書 交互吸着膜の製造方法および製造装置 Description Method and apparatus for manufacturing alternate adsorption film
ならびに交互吸着膜を有する構造体 技 術 分 野 And structures with alternating adsorption films
本発明は、 交互吸着膜ならびにその製造方法および製造装置に関するもので あり、 特に、 各種電子機器のディスプレイ用の発光素子、 種々のセンサ、 コン タク トレンズのような生体関連材料、 表面塗装などに利用するのに適した交互 吸着膜の成膜時の膜厚制御技術に関する。 The present invention relates to an alternately adsorbed film and a method and an apparatus for producing the same, and more particularly to a light-emitting element for a display of various electronic devices, various sensors, a bio-related material such as a contact lens, a surface coating, and the like. The present invention relates to a film thickness control technique for forming an alternately adsorbed film suitable for forming a film.
¾b 景 術 ¾ b scene art
複合有機薄膜を作成する方法と して、 交互吸着 (Lay er- by - Layer Electrostatic Self- Assem bly ) を利用した方法は、 1 9 9 2年に G . デヅ力一 らによって発表された(Dech er.G, Hon g.J.D. and J.Schm it: Thin Solid Film s, 210/ 211, p.831(1992))。 この方法では、 正の電解質ポリマ一 (カチオン) の 水溶液と、 負の電解質ポリマー (ァニオン) の水溶液とを別々の容器に用意し、 これらの容器に、 初期表面電荷を与えた基板 (被成膜材料) を交互に浸すこと により、 基板上に多層構造を有する複合有機超薄膜 (交互吸着膜) が得られる。 たとえば、 被成膜材料としてガラス基板を用いた場合、 このガラス基板の表面 を親水処理して表面に 0 H _基を導入して、 初期表面電荷として負の電荷を与 える。 そして、 この表面が負に帯電した基板を、 正の電解質ポリマー水溶液に 浸せば、 クーロン力により、 少なくとも表面電荷が中和されるまで正の電解質 ポリマーが表面に吸着し、 1層の超薄膜が形成される。 こうして形成された超 薄膜の表面部分は、 正に帯電していることになる。 そこで、 今度はこの基板を 負の電解質ポリマー水溶液に浸せば、 クーロン力により負の電解質ポリマーが
吸着し、 1層の超薄膜が形成されることになる。 このようにして、 基板を 2つ の容器に交互に浸すことにより、 正の電解質ポリマーからなる超薄膜層と負の 電解質ポリマーからなる超薄膜層とを交互に成膜することができ、 多層構造を もつた複合有機薄膜を形成することができる。 A method using layer-by-layer electro-static self-assembly as a method for producing a composite organic thin film was announced by G. Derichi et al. In 1992 ( Decher. G, Hong JD and J. Schmit: Thin Solid Films, 210/211, p.831 (1992)). In this method, an aqueous solution of a positive electrolyte polymer (cation) and an aqueous solution of a negative electrolyte polymer (anion) are prepared in separate containers, and a substrate (film deposition) having an initial surface charge is provided in these containers. By alternately immersing the materials, a composite organic ultrathin film (alternate adsorption film) having a multilayer structure can be obtained on the substrate. For example, when a glass substrate is used as a material for forming a film, the surface of the glass substrate is subjected to a hydrophilic treatment to introduce 0H_ groups to the surface, and a negative charge is given as an initial surface charge. Then, if the substrate whose surface is negatively charged is immersed in an aqueous solution of a positive electrolyte polymer, the Coulomb force causes the positive electrolyte polymer to be adsorbed on the surface until at least the surface charge is neutralized. It is formed. The surface portion of the ultra-thin film thus formed is positively charged. Then, when this substrate is immersed in a negative electrolyte polymer aqueous solution, the negative electrolyte polymer is It will be adsorbed and one layer of ultra-thin film will be formed. In this way, by alternately immersing the substrate in the two containers, an ultra-thin layer made of a positive electrolyte polymer and an ultra-thin layer made of a negative electrolyte polymer can be formed alternately, and the multilayer structure A composite organic thin film having the following characteristics can be formed.
最近では、 M . F . ルブナ一らによって、 この交互吸着膜の製造を自動化す る技術が発表されており (A.C.Fon , O .Onitsuka, M.Ferreira, B.R. H sieh an d M.F.Ru bn er: J. Appl. Ph ys. 79(10) 15 May 1996 )、 交互吸着膜の自動製造 装置の構成が提案されている。 この装置を用いれば、 被成膜材料となる基板が ロボットアームにより 2つの水槽に交互に浸されるので、 基板上に交互吸着膜 が自動的に成膜される。 Recently, M.F. J. Appl. Ph ys. 79 (10) 15 May 1996), a configuration of an automatic manufacturing apparatus for alternately adsorbed membranes has been proposed. With this device, the substrate to be a film-forming material is alternately immersed in the two water tanks by the robot arm, so that the alternate adsorption film is automatically formed on the substrate.
こうして作成された交互吸着膜は、 有機 E L (Electro- Lu m in escence) 素 子をはじめとする種々の電子デバイスへの利用が期待されており、 また、 表面 に交互吸着膜を形成することにより親水性を制御することが可能になるため、 コンタクトレンズ表面へのコーティング技術への応用や生体関連材料への応用 も注目を集めている。 The thus formed alternately adsorbed film is expected to be used for various electronic devices such as organic EL (Electro-Luminescence) devices, and by forming the alternately adsorbed film on the surface. Because it is possible to control the hydrophilicity, application to coating technology on contact lens surfaces and application to biomaterials are also attracting attention.
上述した交互吸着膜の成膜技術は、 現段階ではまだ実用化の域に達しておら ず、 電子デバイスなどの商用精密機器に交互吸着膜を利用するためには、 解決 すべき課題が残されている。 特に、 精密な電子デバイスを製造する上では、 膜 厚制御を正確に行いながら成膜する技術が不可欠である。 At this stage, the technology for forming an alternate adsorption film described above has not yet reached practical use, and there are still issues to be solved in order to use the alternate adsorption film in commercial precision equipment such as electronic devices. ing. In particular, in order to manufacture precise electronic devices, technology for forming films while controlling the film thickness accurately is indispensable.
これまで、 交互吸着膜を成膜する上での膜厚制御は、 各電解質ポリマ一水溶 液に浸す際の浸漬時間を利用して行われていた。 たとえば、 正の電解質ポリマ Until now, film thickness control in forming an alternate adsorption film has been performed using the immersion time when immersing each electrolyte polymer in an aqueous solution. For example, a positive electrolyte polymer
—水溶液に 1 0分間浸し、 続いて負の電解質ポリマー水溶液に 1 0分間浸し、 再び正の電解質ポリマー水溶液に 1 0分間浸し、 ……、 というように、 所定の 時間間隔で被成膜材料を交互に浸すことにより、 多層構造を構成する個々の層 の膜厚を制御していた。 —Immerse in the aqueous solution for 10 minutes, then in the negative electrolyte polymer aqueous solution for 10 minutes, again in the positive electrolyte polymer aqueous solution for 10 minutes, and so on. By alternately soaking, the thickness of each layer constituting the multilayer structure was controlled.
しかしながら、 交互吸着膜を多数回繰り返して成膜していった場合、 浸漬時
間と膜厚とは必ずしも線形関係にならないことが判明した。 たとえば、 1回の 浸漬時間を 1 0分間と定め、 正および負の電解質ポリマー水溶液に交互に繰り 返し浸漬させ、 合計 1 0回の浸潰で全厚 1 0 O nmの交互吸着膜が得られたと しょう。 この場合、 全く同じ条件で合計 2 0回の交互浸漬を行ったとしても、 得られる交互吸着膜の全厚は 2 0 O nmにはならず、 実際には、 たとえば 3 0 0 nmの厚みをもった交互吸着膜が形成されることになる。 このように、 成膜 速度は、 吸着の回数に依存して変化するため、 交互に複数層を形成させる場合 には、 浸漬時間と膜厚との関係は非線形関係になる。 本願発明者が行った実験 によると、 概ね、 吸着回数が少ないうちは成膜速度は遅く、 吸着回数が増加す るに従って成膜速度は速くなる傾向がみられた。 しかもこのような非線形関係 の具体的な特性は、 用いる材料の種類によっても異なることが確認できた。 結 局、 浸漬時間によって膜厚を制御する従来の方法では、 正確な膜厚制御を行う ことができず、 精密な電子デバイスを量産するような場合に大きな問題となる。 そこで本発明は、 正確な膜厚制御が可能な交互吸着膜の製造方法および製造 装置を提供することを目的とし、 また、 このような正確な膜厚制御によって実 現可能な有用な交互吸着膜を有する構造体を提供することを目的とする。 発 明 の 開 示 However, when the alternate adsorption film is repeatedly formed many times, It has been found that the distance and the film thickness do not always have a linear relationship. For example, one immersion time is defined as 10 minutes, and alternate immersion is repeated alternately in the positive and negative electrolyte polymer aqueous solutions.A total of 10 immersions results in an alternately adsorbed film with a total thickness of 10 O nm. Let's say In this case, even if the alternate immersion is performed a total of 20 times under exactly the same conditions, the total thickness of the obtained alternately adsorbed film does not reach 20 O nm, and in practice, for example, the thickness of 300 nm is reduced. The resulting alternately adsorbed film is formed. As described above, since the deposition rate changes depending on the number of times of adsorption, when a plurality of layers are alternately formed, the relationship between the immersion time and the film thickness becomes a non-linear relationship. According to the experiment performed by the inventor of the present invention, it was found that the film formation rate was generally low when the number of times of adsorption was small, and the film formation rate tended to increase as the number of times of adsorption was increased. Moreover, it was confirmed that the specific characteristics of such a nonlinear relationship differed depending on the type of material used. As a result, the conventional method of controlling the film thickness by the immersion time cannot accurately control the film thickness, which is a serious problem when mass-producing precise electronic devices. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for manufacturing an alternately adsorbed film capable of accurately controlling the film thickness, and a useful alternately adsorbed film that can be realized by such accurate film thickness control. It is an object to provide a structure having: Disclosure of the invention
(1) 本発明の第 1の態様は、 正の荷電粒子を含む溶液と負の荷電粒子を含む 溶液とに被成膜材料を交互に複数回浸すことにより、 多層構造を有する交互吸 着膜を製造する交互吸着膜の製造方法において、 (1) The first aspect of the present invention provides an alternately adsorbed film having a multilayer structure by alternately immersing a film-forming material a plurality of times in a solution containing positively charged particles and a solution containing negatively charged particles. In the method for producing an alternate adsorption film for producing
各溶液に被成膜材料を出し入れする際に、 水晶振動子を同時に出し入れする ようにし、 溶液に入れた時点を基準にしたときの水晶振動子の発振周波数の変 化量 Δ ίが所定の基準値 f ref に到達した時点、 または発振周波数の変化速度 Vが所定の基準値 Vref に到達した時点で溶液から出すようにしたものである。 When the material to be film-formed is put in and taken out of each solution, the crystal unit is taken in and out at the same time. When the value f ref is reached, or when the change rate V of the oscillation frequency reaches a predetermined reference value Vref, the solution is taken out of the solution.
(2) 本発明の第 2の態様は、 正の荷電粒子を含む溶液と負の荷電粒子を含む
溶液とに被成膜材料を交互に複数回浸すことにより、 多層構造を有する交互吸 着膜を製造する交互吸着膜の製造方法において、 (2) A second embodiment of the present invention includes a solution containing positively charged particles and a negatively charged particle. A method for producing an alternately adsorbed film having a multilayer structure by alternately immersing a film-forming material in a solution and a plurality of times,
各溶液に被成膜材料を出し入れする際に、 水晶振動子を同時に出し入れする ようにし、 溶液に入れた時点を基準にしたときの水晶振動子のィンピーダンス の変化量 Δ Ζが所定の基準値 Z ref に到達した時点、 またはインピーダンスの 変化速度 V Zが所定の基準値 V z ref に到達した時点で溶液から出すようにし たものである。 When the material to be film-formed is taken in and out of each solution, the crystal unit is taken in and out at the same time. The liquid is taken out of the solution when Z ref is reached or when the rate of change of impedance VZ reaches a predetermined reference value V z ref.
(3) 本発明の第 3の態様は、 正の荷電粒子を含む溶液と負の荷電粒子を含む 溶液とに被成膜材料を交互に複数回浸すことにより、 多層構造を有する交互吸 着膜を製造する交互吸着膜の製造装置において、 (3) The third aspect of the present invention is directed to an alternately adsorbed film having a multilayer structure by alternately immersing a film-forming material a plurality of times in a solution containing positively charged particles and a solution containing negatively charged particles. In an alternate adsorption film manufacturing apparatus for manufacturing
正の荷電粒子を含む溶液を収容するための第 1の槽と、 A first tank for containing a solution containing positively charged particles;
負の荷電粒子を含む溶液を収容するための第 2の槽と、 A second tank for containing a solution containing negatively charged particles;
被成膜材料を保持するためのロボットアームと、 A robot arm for holding a film-forming material,
被成膜材料が、 第 1の槽内の溶液に浸された状態と第 2の槽内の溶液に浸さ れた状態とを交互にとるように、 ロボッ トアームを駆動するロボットアーム駆 動部と、 A robot arm driving section for driving a robot arm so that the material to be film-formed is alternately in a state of being immersed in the solution in the first tank and a state of being immersed in the solution in the second tank. ,
被成膜材料とともに各溶液に浸されるように、 ロボットアームに取り付けら れた水晶振動子と、 A quartz oscillator attached to the robot arm so that it is immersed in each solution together with the material to be deposited,
この水晶振動子の発振周波数を検出する周波数検出部と、 A frequency detector for detecting the oscillation frequency of the crystal unit,
この周波数検出部が検出した周波数に基づいて、 ロボットアーム駆動部を制 御する成膜制御部と、 A film formation control unit for controlling a robot arm drive unit based on the frequency detected by the frequency detection unit;
を設けるようにしたものである。 Is provided.
(4) 本発明の第 4の態様は、 上述の第 3の態様に係る交互吸着膜の製造装置 において、 (4) A fourth aspect of the present invention is the apparatus for manufacturing an alternate adsorption film according to the third aspect described above,
槽内に収容された溶液に対して超音波振動を与えるための超音波発生部を更 に設けるようにしたものである。
(5) 本発明の第 5の態様は、 上述の第 3の態様に係る交互吸着膜の製造装置 において、 An ultrasonic generator for applying ultrasonic vibration to the solution contained in the tank is further provided. (5) A fifth aspect of the present invention is the manufacturing apparatus for an alternate adsorption film according to the third aspect described above,
槽内の溶液に浸すことが可能な対向電極と、 A counter electrode that can be immersed in the solution in the tank,
被成膜材料および水晶振動子と対向電極との間に電圧を印加するための電圧 印加部と、 A voltage applying unit for applying a voltage between the film-forming material and the quartz oscillator and the counter electrode;
を更に設けるようにしたものである。 Is further provided.
(6) 本発明の第 6の態様は、 互いに電気的極性が異なる第 1の荷電粒子を含 む溶液と第 2の荷電粒子を含む溶液とに被成膜材料を交互に複数回浸すことに より成膜された交互吸着膜を有する構造体において、 (6) In a sixth aspect of the present invention, a film-forming material is alternately immersed a plurality of times in a solution containing first charged particles and a solution containing second charged particles having different electric polarities. In a structure having an alternately adsorbed film formed by
交互吸着膜の各層の膜厚が、 深部から表面にゆくに従って単調増加または単 調減少するように構成したものである。 The structure is such that the thickness of each layer of the alternating adsorption film monotonically increases or monotonically decreases from the deep portion to the surface.
(7) 本発明の第 7の態様は、 互いに電気的極性が異なる第 1の荷電粒子を含 む溶液と第 2の荷電粒子を含む溶液とに被成膜材料を交互に複数回浸すことに より成膜された交互吸着膜を有する構造体において、 (7) In a seventh aspect of the present invention, a film-forming material is alternately immersed a plurality of times in a solution containing first charged particles and a solution containing second charged particles having different electric polarities. In a structure having an alternately adsorbed film formed by
第 2の荷電粒子の物理的性質が、 交互吸着膜全体において支配的な性質とな るように、 第 1の荷電粒子を含む層の膜厚が、 第 2の荷電粒子を含む層の膜厚 に比べて十分に小さくなるように構成したものである。 The thickness of the layer containing the first charged particles is set so that the physical properties of the second charged particles are dominant in the entire layer of the alternating adsorption film. It is configured so as to be sufficiently smaller than.
(8) 本発明の第 8の態様は、 互いに電気的極性が異なる第 1の荷電粒子を含 む溶液と第 2の荷電粒子を含む溶液とに被成膜材料を交互に複数回浸すことに より成膜された交互吸着膜を有する構造体において、 (8) According to an eighth aspect of the present invention, a film-forming material is alternately immersed a plurality of times in a solution containing first charged particles and a solution containing second charged particles having mutually different electrical polarities. In a structure having an alternately adsorbed film formed by
第 1の荷電粒子を含む各層の膜厚が深部から表面にゆくに従って単調減少し、 第 2の荷電粒子を含む各層の膜厚が深部から表面にゆくに従って単調増加する ように構成したものである。 The thickness of each layer containing the first charged particles monotonously decreases from the deep part to the surface, and the thickness of each layer containing the second charged particles monotonically increases from the deep part to the surface. .
(9) 本発明の第 9の態様は、 正の荷電粒子を含む液と負の荷電粒子を含む液 とに被成膜材料を交互に複数回浸すことにより、 多層構造を有する交互吸着膜 を製造する交互吸着膜の製造方法において、
電荷をもたない粒子または交互吸着を行うためには不十分な電荷しかもたな い粒子を、 電荷をもった複数の分子で包み込むことにより、 全体として交互吸 着を行うために十分な電荷をもった荷電粒子を形成し、 この荷電粒子を液中に 分散させてなる液を、 第 1の液および第 2の液のいずれか一方もしくは双方と して用いるようにしたものである。 (9) According to a ninth aspect of the present invention, a film-forming material is alternately immersed a plurality of times in a liquid containing positively charged particles and a liquid containing negatively charged particles to form an alternately adsorbing film having a multilayer structure. In the method for producing an alternate adsorption film to be produced, By wrapping uncharged particles or particles that have only an insufficient charge to perform alternate adsorption with a plurality of charged molecules, a sufficient charge to perform alternate adsorption as a whole is obtained. A liquid in which charged particles are formed and the charged particles are dispersed in a liquid is used as one or both of a first liquid and a second liquid.
(10) 本発明の第 1 0の態様は、 上述の第 9の態様に係る交互吸着膜の製造 方法において、 (10) A tenth aspect of the present invention is directed to the method for producing an alternate adsorption film according to the ninth aspect,
フェライ ト微粒子または金属錯体微粒子と界面活性剤とを水に分散させるこ とにより、 微粒子の周囲を界面活性剤の分子で包み込んだミセルを形成させ、 このミセルを荷電粒子として用いるようにしたものである。 図 面 の 簡 単 な 説 明 By dispersing ferrite fine particles or metal complex fine particles and a surfactant in water, micelles wrapped around the fine particles with surfactant molecules are formed, and the micelles are used as charged particles. is there. Brief explanation of drawings
第 1図は、 一般的な交互吸着膜の製造原理を示す概念図である。 FIG. 1 is a conceptual diagram showing the principle of manufacturing a general alternating adsorption film.
第 2図 (a), (b), (c)は、 第 1図に示す製造原理に基いて、 基板 1 0表面に電 解質ポリマーが吸着する様子を示す概念図である。 2 (a), 2 (b) and 2 (c) are conceptual diagrams showing a state in which an electrolyte polymer is adsorbed on the surface of the substrate 10 based on the manufacturing principle shown in FIG.
第 3図は、 第 1図に示す製造原理に基く 2回目の浸漬処理におけるより具体 的な吸着状態を示す概念図である。 FIG. 3 is a conceptual diagram showing a more specific adsorption state in the second immersion treatment based on the manufacturing principle shown in FIG.
第 4図は、 第 3図に示す浸漬処理を合計 6回行ったときに形成される交互吸 着膜の構造を示す概念図である。 FIG. 4 is a conceptual diagram showing a structure of an alternate adsorption film formed when the immersion treatment shown in FIG. 3 is performed six times in total.
第 5図は、 多層からなる交互吸着膜を成膜する場合の浸漬時間と膜厚との間 の非線形関係を示すグラフである。 FIG. 5 is a graph showing a non-linear relationship between the immersion time and the film thickness when a multi-layer alternately adsorbing film is formed.
第 6図は、 本発明に係る製造方法を実施するために用いられる水晶振動子お よび周波数検出部を示す図である。 FIG. 6 is a view showing a crystal unit and a frequency detection unit used for carrying out the manufacturing method according to the present invention.
第 7図は、 本発明に係る交互吸着膜の製造装置の基本構成を示すプロック図 である。 FIG. 7 is a block diagram showing a basic configuration of an apparatus for manufacturing an alternate adsorption film according to the present invention.
第 8図は、 各層の膜厚が均一となるような均等なへテ口構造をもつた交互吸
着膜を示す概念図である。 Figure 8 shows an alternate suction structure with a uniform mouth structure so that the thickness of each layer is uniform. It is a conceptual diagram which shows a film deposition.
第 9図は、 各層の膜厚が深部から表面にゆくに従って単調減少するような交 互吸着膜を示す概念図である。 FIG. 9 is a conceptual diagram showing an alternating adsorption film in which the thickness of each layer monotonically decreases from the deep part to the surface.
第 1 0図は、 第 1の電解質ポリマ一からなる各層 Aの膜厚が、 第 2の電解質 ポリマーからなる各層 Bの膜厚に比べて十分に小さくなるように設定した交互 吸着膜を示す概念図である。 FIG. 10 is a concept showing an alternate adsorption film set so that the film thickness of each layer A made of the first electrolyte polymer is sufficiently smaller than the film thickness of each layer B made of the second electrolyte polymer. FIG.
第 1 1図は、 第 1の電解質ポリマーの各層 Aの膜厚が深部から表面にゆくに 従って単調減少し、 第 2の電解質ポリマーの各層 Bの膜厚が深部から表面にゆ くに従って単調増加するような交互吸着膜を示す概念図である。 Fig. 11 shows that the thickness of each layer A of the first electrolyte polymer decreases monotonically as it goes from the deep part to the surface, and the thickness of each layer B of the second electrolyte polymer monotonically increases as it goes from the deep part to the surface. It is a conceptual diagram which shows such an alternate adsorption film.
第 1 2図 (a) , (b) は、 フェライ ト微粒子および界面活性剤の構成を示す模 式図である。 FIGS. 12 (a) and (b) are schematic diagrams showing the configurations of ferrite fine particles and a surfactant.
第 1 3図は、 第 1 2図 (a) に示すフェライ ト微粒子を第 1 2図 (b) に示す界 面活性剤で包み込むことにより形成されたミセルの構成を示す模式図である。 第 1 4図は、 物理的な手法により初期表面電荷を与える機能をもった交互吸 着膜の製造装置の一例を示す構成図である。 発明を実施するための最良の形態 FIG. 13 is a schematic diagram showing the structure of a micelle formed by enclosing the ferrite fine particles shown in FIG. 12 (a) with the surfactant shown in FIG. 12 (b). FIG. 14 is a configuration diagram showing an example of an apparatus for manufacturing an alternate adsorption film having a function of giving an initial surface charge by a physical method. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下、 本発明を図示する実施形態に基いて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on an illustrated embodiment.
8 1 . 交 吸着膜の一般的な製造方法 8 1. General manufacturing method of cross-adsorption membrane
第 1図は、 一般的な交互吸着膜の製造原理を示す概念図である。 図において、 第 1の槽 1 0 0には、 正の電解質ポリマ一 (カチオン) の水溶液が入れられて おり、 第 2の槽 2 0 0には、 負の電解質ポリマ一 (ァニオン) の水溶液が入れ られている。 ここで、 被成膜材料として、 たとえばガラスやシリコンなどの基 板 1 0を用意し、 その表面を親水処理して表面に O H—基を導入して、 初期表 面電荷として負の電荷を与える。 第 2図 (a) は、 このようにして、 基板 1 0の 表面が負に帯電した状態を示す概念図である。 続いて、 この負に帯電した基板
1 0を第 1の槽 1 0 0内に入れると、 基板 1 0の表面に正の電解質ポリマ一が 接触し、 クーロン力により吸着することになる。 第 2図 (b) は、 正の電解質ポ リマーが吸着した状態を示す概念図である。 ここで、 この基板 1 0を第 2の槽 2 0 0内に入れると、 今度は、 基板 1 0の表面に負の電解質ポリマーが接触し、 クーロン力により吸着することになる。 第 2図 (c) は、 負の電解質ポリマーが 吸着した状態を示す概念図である。 このように、 基板 1 0を第 1の槽 1 0 0と 第 2の槽 2 0 0とに交互に浸漬させてゆけば、 基板 1 0の表面には、 正の電界 質ポリマーからなる層と負の電解質ポリマーからなる層とが交互に成膜されて ゆくことになり、 最終的に多層構造をもった交互吸着膜が形成される。 FIG. 1 is a conceptual diagram showing the principle of manufacturing a general alternating adsorption film. In the figure, a first tank 100 contains an aqueous solution of a positive electrolyte polymer (cation), and a second tank 200 contains an aqueous solution of a negative electrolyte polymer (anion). Is included. Here, a substrate 10 made of, for example, glass or silicon is prepared as a film-forming material, and its surface is subjected to a hydrophilic treatment to introduce an OH group into the surface, thereby giving a negative charge as an initial surface charge. . FIG. 2 (a) is a conceptual diagram showing a state where the surface of the substrate 10 is negatively charged. Then, this negatively charged substrate When 10 is put in the first tank 100, the positive electrolyte polymer comes into contact with the surface of the substrate 10 and is adsorbed by Coulomb force. FIG. 2 (b) is a conceptual diagram showing a state where the positive electrolyte polymer is adsorbed. Here, when the substrate 10 is put into the second tank 200, the negative electrolyte polymer comes into contact with the surface of the substrate 10 and is adsorbed by Coulomb force. FIG. 2 (c) is a conceptual diagram showing a state where the negative electrolyte polymer is adsorbed. As described above, when the substrate 10 is alternately immersed in the first tank 100 and the second tank 200, a layer made of a positive electrolyte polymer is formed on the surface of the substrate 10. The layers composed of the negative electrolyte polymer are formed alternately, and finally the alternately adsorbed film having the multilayer structure is formed.
もっとも、 第 2図に示す概念図は、 原理を説明するために単純化したモデル を示すものであり、 実際には、 第 3図あるいは第 4図に示す概念図に近い状態 で薄膜形成が行われるものと思われる。 第 3図は、 2回目の浸漬処理 (第 1の 槽 1 0 0から基板 1 0を取り出し、 第 2の槽 2 0 0に浸したときの処理) にお ける吸着状態を示す概念図である。 基板 1 0の表面には、 既に、 1回目の浸漬 処理によって、 正の電解質ポリマーからなる第 1層目の薄膜 A 1が形成されて おり、 この薄膜 A 1によって作用するクーロン力により、 第 2の槽 2 0 0内の 負の電解質ポリマー bが表面に吸着することになる。 基板 1 0を第 2の槽 2 0 0内に一定時間浸潰させておけば、 第 2の槽 2 0 0内の負の電解質ポリマー b が次々と表面に吸着し、 第 2層目の薄膜 B 2が形成されることになる。 ただし、 ある程度の時間が経過して、 負の電解質ポリマー bからなる第 2層目の薄膜 B 2が厚くなつてくると、 もはや薄膜 A 1によるクーロン力は作用しなくなり、 その時点で吸着は飽和点を迎えることになる。 However, the conceptual diagram shown in Fig. 2 shows a simplified model to explain the principle, and in practice, thin film formation is performed in a state close to the conceptual diagram shown in Fig. 3 or 4. It seems to be done. FIG. 3 is a conceptual diagram showing an adsorption state in a second immersion process (a process in which the substrate 10 is taken out of the first tank 100 and immersed in the second tank 200). . On the surface of the substrate 10, a first thin film A 1 made of a positive electrolyte polymer has already been formed by the first immersion treatment. The negative electrolyte polymer b in the tank 200 will be adsorbed on the surface. If the substrate 10 is immersed in the second tank 200 for a certain period of time, the negative electrolyte polymer b in the second tank 200 is successively adsorbed on the surface, and the second thin film is formed. B 2 will be formed. However, after a certain period of time, when the second thin film B2 made of the negative electrolyte polymer b becomes thicker, the Coulomb force by the thin film A1 no longer acts, and the adsorption is saturated at that point. You will reach the point.
なお、 この吸着処理に用いる電解質ポリマーの濃度や p H値、 吸着時間など の条件によって、 ポリマ一分子内のセグメント間のクーロン力による反発が大 きくなつたり小さくなつたり変化するため、 分子の充填密度は、 これらの条件 に左右されることになる。 したがって、 これらの条件の設定次第によつて、 非
常に薄い膜を形成することも、 比較的厚い膜を形成することも可能になる。 第 4図は、 このような浸漬処理を合計 6回行ったときに形成される交互吸着 膜の構造を示す概念図である。 ここで、 奇数番目の層を構成する薄膜 A 1 , A 3, A 5は、 正の電解質ポリマーからなる層であり、 偶数番目の層を構成する 薄膜 B 2 , B 4 , B 6は、 負の電解質ポリマーからなる層である。 これら各層 の厚みは、 浸漬処理の時間によって制御することが可能である。 上述したよう に、 ある程度の厚みに達すると、 電気的中和によりクーロン力が作用しなくな るため吸着は飽和点を迎えることになるが、 この飽和点に至るまでは、 浸漬時 間が長ければ長いほど膜厚は厚くなる。 そこで、 従来は浸漬時間によって膜厚 の制御を行っていた。 The repulsion due to the Coulomb force between segments within one polymer molecule changes depending on the conditions such as the concentration of the electrolyte polymer used in this adsorption process, the pH value, and the adsorption time. Density will depend on these conditions. Therefore, depending on the setting of these conditions, It is possible to form always thin films or relatively thick films. FIG. 4 is a conceptual diagram showing the structure of an alternate adsorption film formed when such immersion treatment is performed a total of six times. Here, the thin films A 1, A 3, A 5 constituting the odd-numbered layers are layers composed of a positive electrolyte polymer, and the thin films B 2, B 4, B 6 constituting the even-numbered layers are negative. This is a layer made of an electrolyte polymer. The thickness of each of these layers can be controlled by the time of the immersion treatment. As described above, when the thickness reaches a certain thickness, the Coulomb force stops working due to electrical neutralization, and the adsorption reaches the saturation point, but until this saturation point is reached, the immersion time is long. The longer, the thicker the film thickness. Therefore, conventionally, the film thickness was controlled by the immersion time.
しかしながら、 前述したように、 多層からなる交互吸着膜を成膜する場合、 浸漬時間と膜厚とは実際には非線形関係を示す。 第 5図は、 この非線形関係の 一例を示すグラフである。 このグラフは、 1回の浸漬時間を 1 0分間と定め、 第 1の槽 1 0 0と第 2の槽 2 0 0とに基板 1 0を交互に浸潰させる処理を連続 して繰り返し実行した場合に形成される交互吸着膜の全膜厚の時間変化を示す ものである。 このグラフの例では、 吸着回数が少ないうちは成膜速度は遅く、 吸着回数が増加するに従って成膜速度は徐々に速くなり、 2 0 0 0 0 s e c以 降はほぼ線形関係が得られた。 このような特性は、 用いる材料の種類や水溶液 濃度によって異なり、 図示のグラフが必ずしも一般的な特性を示しているわけ ではない。 いずれにしても、 浸漬時間によって厚みを制御した場合、 正確な制 御を行うことはできない。 However, as described above, when a multi-layer alternate adsorption film is formed, the immersion time and the film thickness actually show a non-linear relationship. FIG. 5 is a graph showing an example of this nonlinear relationship. In this graph, one immersion time was set to 10 minutes, and the process of alternately immersing the substrate 10 in the first tank 100 and the second tank 200 was repeatedly executed continuously. FIG. 9 shows a time change of the total film thickness of the alternate adsorption film formed in the case. In the example of this graph, the film formation rate was slow while the number of adsorptions was small, and gradually increased as the number of adsorptions increased, and a substantially linear relationship was obtained after 2000 sec. Such characteristics vary depending on the type of material used and the concentration of the aqueous solution, and the graph shown in the drawings does not necessarily indicate general characteristics. In any case, if the thickness is controlled by the immersion time, accurate control cannot be performed.
S 2 . 本発明に係る交互吸着膜の製造方法 S2. Method for producing alternate adsorption film according to the present invention
本発明の要点は、 水晶振動子を利用して、 基板 1 0上に形成されている薄膜 の厚みを直接検出する点にある。 いま、 第 6図に示すような円盤状の水晶振動 子 2 0を用意し、 その上面および下面に、 それそれ金属 (たとえば、 金、 銀な ど) からなる電極 2 1を形成する。 水晶振動子 2 0はそれそれ固有の発振周波
数を有しており、 周波数検出部 5 0 (具体的には、 周波数カウン夕を有する電 子回路) から上下一対の電極 2 1に対して所定の電気信号を与えることにより、 この固有の発振周波数 f を検出することができる。 The gist of the present invention is that the thickness of the thin film formed on the substrate 10 is directly detected using a quartz oscillator. Now, a disk-shaped crystal resonator 20 as shown in FIG. 6 is prepared, and electrodes 21 made of metal (eg, gold, silver, etc.) are formed on the upper and lower surfaces thereof. The crystal oscillator 20 has its own oscillation frequency By applying a predetermined electric signal to the pair of upper and lower electrodes 21 from the frequency detection unit 50 (specifically, an electronic circuit having a frequency counter), The frequency f can be detected.
ここで、 このような水晶振動子 2 0自身を被成膜材料として、 第 1の槽 1 0 0および第 2の槽 2 0 0に交互に出し入れすれば、 基板 1 0の表面に交互吸着 膜が形成されるのと全く同様に、 水晶振動子 2 0の表面にも交互吸着膜が形成 されることになる。 こうして、 水晶振動子 2 0の表面に薄膜が形成されると、 固有の発振周波数 f に変化が生じることになる。 しかも周波数 f と形成された 薄膜の膜厚との間には、 線形関係が成り立つ。 厳密に言えば、 水晶振動子 2 0 の質量 (形成された薄膜を含めた全体の質量) と発振周波数との間に線形関係 が成り立つことになるが、 水晶振動子 2 0として、 直径に対して厚みが十分に 小さい円盤状の水晶振動子を用いるようにすれば、 上下両面に形成された薄膜 の膜厚と、 この薄膜を含めた水晶振動子 2 0の全質量との間にはほぼ線形関係 が成り立つため、 実用上、 周波数検出部 5 0が検出した発振周波数 fの変化量 を、 成長した膜厚を示す量として取り扱っても問題は生じない。 Here, if such a crystal resonator 20 itself is used as a material for film formation and is alternately put into and taken out of the first tank 100 and the second tank 200, an alternately adsorbed film is formed on the surface of the substrate 10. In the same manner as when the crystal is formed, an alternate adsorption film is also formed on the surface of the crystal unit 20. When a thin film is formed on the surface of the crystal unit 20 in this way, a change occurs in the inherent oscillation frequency f. Moreover, a linear relationship holds between the frequency f and the thickness of the formed thin film. Strictly speaking, a linear relationship holds between the mass of the crystal unit 20 (the total mass including the formed thin film) and the oscillation frequency. By using a disk-shaped crystal unit whose thickness is sufficiently small, the thickness of the thin film formed on both the upper and lower surfaces and the total mass of the crystal unit 20 including this thin film can be substantially reduced. Since the linear relationship holds, practically, there is no problem even if the amount of change in the oscillation frequency f detected by the frequency detector 50 is treated as an amount indicating the grown film thickness.
結局、 本来の被成膜材料としての基板 1 0と同様に、 水晶振動子 2 0もひと つの被成膜材料として取り扱い、 基板 1 0と水晶振動子 2 0とに表面初期電荷 を与えた状態で、 両水溶液に交互に出し入れすれば、 基板 1 0上の成膜速度と 同一の成膜速度で水晶振動子 2 0上にも交互吸着膜が成膜されることになる。 しかも、 水晶振動子 2 0上に形成された交互吸着膜の膜厚は、 周波数検出部 5 0によって発振周波数 fの変化量△ f として、 成膜過程の最中にリアルタイム で測定することができる。 このようにして測定した膜厚は、 浸漬時間に基いて 間接的に測定した膜厚に比べて極めて精度の高いものになり、 第 5図に示すグ ラフのような非線形関係が生じていたとしても何ら支障は生じない。 After all, the crystal unit 20 is treated as one film-forming material as well as the substrate 10 as the original film-forming material, and the surface initial charge is applied to the substrate 10 and the crystal unit 20. If the two aqueous solutions are alternately taken in and out, an alternate adsorption film is also formed on the quartz oscillator 20 at the same film formation rate as the film formation rate on the substrate 10. Moreover, the thickness of the alternately adsorbed film formed on the crystal unit 20 can be measured in real time during the film forming process by the frequency detecting unit 50 as the variation 発 振 f of the oscillation frequency f. . The film thickness measured in this way is much more accurate than the film thickness measured indirectly based on the immersion time, and a nonlinear relationship like the graph shown in Fig. 5 may occur. No problem occurs.
理論的には、 水晶振動子 2 0の質量が 1 n g変化すると、 発振周波数 fは 1 H z変化することになる。 そこで、 たとえば、 水晶振動子 2 0の表面に形成さ
れた薄膜の膜厚が 1 nmだけ増えた場合に、 水晶振動子 20の質量が In だ け増えるような設定になっていたとしたら、 発振周波数 fの変化量 = 1 Η ζは、 薄膜の膜厚の変化量 1 nmに対応することになる。 このような設定が行 われていれば、 たとえば、 第 4図に示す例において、 第 1層目の簿膜 A1の厚 みを 100 nmにしたいのであれば、 次のような成膜制御を行えばよい。 まず、 表面を負に帯電させた基板 10および水晶振動子 20を第 1の槽 100に浸漬 させ、 浸漬開始時点における水晶振動子 20の発振周波数 f (たとえば、 f = 10x 10βΗζであったとしょう) を周波数検出部 50によって測定してお く。 そして、 そのまま第 1の槽 100内で薄膜 A1の成膜を行いながら、 周波 数検出部 50による検出周波数 fをモニタし、 f = 9999900Hz (変化 量 Δΐ =— 100Hz) となった時点で、 基板 10および水晶振動子 20を第 1の槽 100から引き上げる処理を行えば、 厚みが 100] 111の薄膜八1が得 られる。 Theoretically, if the mass of the crystal unit 20 changes by 1 ng, the oscillation frequency f will change by 1 Hz. So, for example, the crystal formed on the surface of the crystal unit 20 If the thickness of the deposited thin film is increased by 1 nm, and the mass of the crystal unit 20 is set to increase by In, then the change in the oscillation frequency f = 1 Η 、 This corresponds to a change in thickness of 1 nm. If such a setting is made, for example, in the example shown in FIG. 4, if the thickness of the first layer film A1 is to be 100 nm, the following film formation control is performed. Just do it. First, the substrate 10 and the crystal unit 20 whose surfaces are negatively charged are immersed in the first tank 100, and the oscillation frequency f of the crystal unit 20 at the start of immersion (for example, f = 10 × 10 βとIs measured by the frequency detector 50. Then, while forming the thin film A1 in the first tank 100 as it is, the detection frequency f by the frequency detection unit 50 was monitored, and when f = 9999900 Hz (variation Δΐ = --100 Hz), the substrate was By performing a process of pulling up the crystal unit 10 and the crystal unit 20 from the first tank 100, a thin film 81 having a thickness of 100] 111 is obtained.
続けて、 第 2層目の薄膜 B 2の厚みを 200 nmになるような制御を行いた いのであれば、 この第 1の槽 100から引き上げた基板 10および水晶振動子 20を、 今度は第 2の槽 200に浸潰させ、 浸漬開始時点における水晶振動子 2◦の発振周波数 fを周波数検出部 50によって測定しておく。 ここでは、 た とえば、 f=9999900Hzであったとしょう。 そのまま第 2の槽 200 内で薄膜 B 2の成膜を行いながら、 周波数検出部 50による検出周波数 fをモ 二夕し、 f = 9999700Hz (変化量△ f =— 200 H z ) となった時点 で、 基板 10および水晶振動子 20を第 1の槽 100から引き上げる処理を行 えば、 厚みが 200 nmの薄膜 B 2が得られることになる。 Subsequently, if it is desired to control the thickness of the second thin film B 2 to be 200 nm, the substrate 10 and the crystal unit 20 pulled up from the first tank 100 should be It is immersed in the second tank 200, and the oscillation frequency f of the crystal oscillator 2 ° at the start of the immersion is measured by the frequency detection unit 50 in advance. Here, let's say that f = 9999900Hz. While the thin film B 2 is being formed in the second tank 200 as it is, the detection frequency f detected by the frequency detection unit 50 is monitored, and when f = 9999700 Hz (change amount △ f =-200 Hz) Then, if the substrate 10 and the crystal unit 20 are pulled up from the first tank 100, a thin film B2 having a thickness of 200 nm can be obtained.
結局、 水晶振動子 20を基板 10と同時に水溶液に出し入れするようにし、 水溶液に入れた時点を基準にしたときの水晶振動子の発振周波数の変化量△ f が、 所定の基準値: fref に到達した時点で両者を水溶液から出すような制御を 行えば、基準値 fref の設定次第で任意の膜厚を得ることができるようになる。
なお、 後述する実施例で述べるように、 通常は、 基板 1 0および水晶振動子 2 0を第 1の槽 1 0 0から第 2の槽 2 0 0へ移動させるとき、 あるいは第 2の槽 2 0 0から第 1の槽 1 0 0へ移動させるときに、 純水などによるリンス浴を通 すため、 過剰に吸着した電解質ポリマーが除去されて膜厚が若干小さくなる。 そこで、 厳密な膜厚精度が要求される場合には、 このリンス浴で減少する膜厚 を考慮に入れて基準値 f ref の設定を行う必要がある。 更に厳密な膜厚精度を 確保するためには、 リンス終了後、 リンス浴中で基板 1 0および水晶振動子 2 0を安定させて膜厚をモニターし、 リンスによって膜厚が本来の設定値よりも 減少していた場合には、 リンス浴前のもとのポリマ一槽に戻して膜厚を増加さ せるような制御を行うこともできる。 Eventually, the crystal oscillator 20 is moved into and out of the aqueous solution at the same time as the substrate 10, and the variation 発 振 f of the oscillation frequency of the crystal oscillator with respect to the time when the crystal oscillator 20 is introduced reaches the predetermined reference value: fref. At this point, if control is performed so that both are removed from the aqueous solution, an arbitrary film thickness can be obtained depending on the setting of the reference value fref. Note that, as will be described in an embodiment to be described later, usually, when the substrate 10 and the crystal unit 20 are moved from the first tank 100 to the second tank 200, or when the second tank When moving from 100 to the first tank 100, a rinse bath of pure water or the like is used, so that the excessively absorbed electrolyte polymer is removed and the film thickness is slightly reduced. Therefore, when strict film thickness accuracy is required, it is necessary to set the reference value f ref in consideration of the film thickness reduced by the rinsing bath. In order to ensure strict film thickness accuracy, after rinsing, monitor the film thickness by stabilizing the substrate 10 and the crystal unit 20 in the rinsing bath. If the film thickness has also decreased, it can be controlled to return to the original polymer tank before the rinsing bath and increase the film thickness.
§ 3 . 本発明に係る交互吸着膜の製造装置 § 3. An apparatus for manufacturing an alternate adsorption film according to the present invention
以上、 本発明に係る交互吸着膜の製造方法を述べたが、 続いて、 この方法を 利用した交互吸着膜の製造装置について述べる。 第 7図は、 この交互吸着膜の 製造装置の基本構成を示すブロック図である。 この製造装置を用いて予め所定 の成膜条件の設定を行っておけば、 この成膜条件に基く成膜処理が自動的に進 行することになる。 As described above, the method for manufacturing an alternate adsorption film according to the present invention has been described. Next, an apparatus for manufacturing an alternate adsorption film using this method will be described. FIG. 7 is a block diagram showing a basic configuration of an apparatus for producing the alternately adsorbed film. If predetermined film forming conditions are set in advance using this manufacturing apparatus, a film forming process based on the film forming conditions will automatically proceed.
この製造装置の基本構成要素は、 第 1の槽 1 0 0と、 第 2の槽 2 0 0と、 水 晶振動子 2 0と、 ロボットアーム 3 0と、 ロボットアーム駆動部 4 0と、 周波 数検出部 5 0と、 成膜制御部 6 0と、 超音波発生部 7 0である。 第 1の槽 1 0 0は、 正の電解質ポリマ一水溶液を収容するための槽であり、 内部は 4つの収 容槽 1 1 0〜 1 4 0に別れている。 ここで、 収容槽 1 1 0は、 正の電解質ポリ マー水溶液を入れる本来の槽であり、 残りの収容槽 1 2 0 , 1 3 0 , 1 4 0は、 純水が入れられたリンス浴用の槽である。 一方、 第 2の槽 2 0 0は、 負の電解 質ポリマー水溶液を収容するための槽であり、 内部は 4つの収容槽 2 1 0〜2 4 0に別れている。 ここで、 収容槽 2 1 0は、 負の電解質ポリマ一水溶液を入 れる本来の槽であり、 残りの収容槽 2 2 0 , 2 3 0 , 2 4 0は、 純水が入れら
れたリンス浴用の槽である。 電解質ポリマー水溶液の槽内から引き上げられた 基板 1 0および水晶振動子 2 0は、 純水が入った 3つのリンス浴槽に順番に浸 されることになり、 付着していた水溶液が洗い流されるとともに、 過度に吸着 していた電解質ポリマ一も除去される。 結局、 基板 1 0上には、 クーロン力に よって堅固に吸着していた電解質ポリマーのみが残る。 The basic components of this manufacturing apparatus are a first tank 100, a second tank 200, a crystal oscillator 20, a robot arm 30, a robot arm drive unit 40, and a frequency A number detection unit 50, a film formation control unit 60, and an ultrasonic wave generation unit 70. The first tank 100 is a tank for storing a positive aqueous solution of the electrolyte polymer, and the inside is divided into four storage tanks 110 to 140. Here, the storage tank 110 is the original tank for storing the positive electrolyte polymer aqueous solution, and the remaining storage tanks 120, 130, and 140 are for the rinse bath filled with pure water. It is a tank. On the other hand, the second tank 200 is a tank for storing a negative electrolyte polymer aqueous solution, and the inside is divided into four storage tanks 210 to 240. Here, the storage tank 210 is the original tank for storing the negative electrolyte polymer aqueous solution, and the remaining storage tanks 220, 230, 240 are filled with pure water. It is a bath for the rinse bath. The substrate 10 and the quartz oscillator 20 pulled out of the electrolyte polymer aqueous solution tank are sequentially immersed in three rinse baths containing pure water, and the attached aqueous solution is washed away, Excessively adsorbed electrolyte polymer is also removed. As a result, only the electrolyte polymer firmly adsorbed by the Coulomb force remains on the substrate 10.
水晶振動子 2 0は、 第 6図で説明した水晶振動子であり、 固有の発振周波数 を有している。 ロボッ トァ一ム 3 0は、 被成膜材料となる基板 1 0を保持し、 これを移動させる機能を有している。 また、 水晶振動子 2 0は、 このロボット アーム 3 0に取り付けられており、 基板 1 0が水溶液あるいは純水中に浸され ると、 水晶振動子 2 0も同時に浸されるような位置に固定されている。 The crystal resonator 20 is the crystal resonator described with reference to FIG. 6, and has a unique oscillation frequency. The robot 30 has a function of holding and moving the substrate 10 as a film-forming material. The crystal oscillator 20 is attached to the robot arm 30 and is fixed at a position where the crystal oscillator 20 is simultaneously immersed when the substrate 10 is immersed in an aqueous solution or pure water. Have been.
ロボットアーム駆動部 4 0は、 基板 1 0および水晶振動子 2 0が、 第 1の槽 1 0 0内の液に浸された状態と第 2の槽 2 0 0内の液に浸された状態とを交互 にとるように、 ロボヅトアーム 3 0を駆動するための機構である。 図に破線で 示す経路は、 このロボットアーム 3 0の移動経路を示している。 すなわち、 口 ボットアーム駆動部 4 0は、 ロボットアーム 3 0を次のような経路に沿って順 に移動させる。 まず、 第 1の槽 1 0 0内の収容槽 1 1 0内に浸漬させて正の電 解質ポリマーからなる層を成膜し、 続いて、 収容槽 1 2 0, 1 3 0 , 1 4 0の 順にリンス浴に浸す。 続いて、 第 2の槽 2 0 0内の収容槽 2 1 0内に浸漬させ て負の電解質ポリマ一からなる層を成膜し、 続いて、 収容槽 2 2 0 , 2 3 0 , 2 4 0の順にリンス浴に浸す。 こうして一巡したら、 再び、 第 1の槽 1 0 0内 の収容槽 1 1 0へと戻す。 The robot arm driving unit 40 is configured so that the substrate 10 and the crystal unit 20 are immersed in the liquid in the first tank 100 and in the liquid in the second tank 200. This is a mechanism for driving the robot arm 30 so as to take turns alternately. The path shown by the broken line in the figure indicates the movement path of the robot arm 30. That is, the mouth bot arm drive unit 40 moves the robot arm 30 sequentially along the following route. First, a layer made of a positive electrolyte polymer is formed by immersion in the storage tank 110 in the first tank 100, and subsequently, the storage tanks 120, 130, and 140 are formed. Soak in rinse bath in order of 0. Subsequently, a layer made of a negative electrolyte polymer is formed by immersion in the storage tank 210 in the second tank 200, and subsequently, the storage tanks 220, 230, and 24 are formed. Soak in rinse bath in order of 0. After making one round, return to the storage tank 110 in the first tank 100 again.
周波数検出部 5 0は、 第 6図で説明したように、 周波数カウン夕を有する電 子回路であり、 水晶振動子 2 0の固有の発振周波数 f を検出する機能をもって いる。 ここで検出された発振周波数 は、 成膜制御部 6 0に与えられる。 成膜 制御部 6 0は、 実際には、 所定の成膜制御プログラムがィンストールされたコ ンピュー夕によって構成されており、 周波数検出部 5 0が検出した周波数の変
化量に基づいて、 ロボットアーム駆動部 4 0を制御するための制御信号を出力 する機能を有している。 前述した第 7図に破線で示す経路に沿ったロボットァ ーム 3 0の一巡の運動 (図の水平方向への移動と、 各槽への出し入れのための 垂直方向への移動) は、 成膜制御部 6◦によって制御されることになる。 The frequency detector 50 is an electronic circuit having a frequency counter as described with reference to FIG. 6, and has a function of detecting the oscillation frequency f inherent to the crystal unit 20. The oscillation frequency detected here is given to the film forming control unit 60. The film formation control unit 60 is actually configured by a computer on which a predetermined film formation control program is installed, and the frequency change detected by the frequency detection unit 50 is changed. It has a function of outputting a control signal for controlling the robot arm driving section 40 based on the amount of conversion. The robot arm 30 makes a single round of movement (moving in the horizontal direction in the figure and moving vertically in and out of each tank) along the path shown by the broken line in FIG. It will be controlled by the control unit 6◦.
超音波発生部 7 0は、 槽 1 1 0, 2 1 0に超音波を与えるための構成要素で あり、 各槽内の溶液に超音波による振動を加えることができる。 このような超 音波は、 一様に分散しにくい成分を含んだ溶液を用いる場合に有用である。 特 に、 後述するミスト溶液を用いて交互吸着膜を作成する際には極めて有用であ り、 その詳細については、 § 5において述べることにする。 The ultrasonic generator 70 is a component for applying ultrasonic waves to the tanks 110 and 210, and can apply ultrasonic vibration to the solution in each tank. Such ultrasonic waves are useful when using a solution containing components that are difficult to disperse uniformly. In particular, it is extremely useful when forming an alternately adsorbed film using a mist solution described later, and details thereof will be described in §5.
なお、 第 7図において、 破線は上述したようにロボットアーム 3 0の移動経 路を示し、 一点鎖線の矢印は機械的な駆動力や振動の伝達を示し、 実線の矢印 は電気信号の伝達を示している。 In FIG. 7, the broken line indicates the movement path of the robot arm 30 as described above, the dashed-dotted arrow indicates transmission of mechanical driving force and vibration, and the solid-line arrow indicates transmission of electric signals. Is shown.
このような装置を用いれば、 成膜制御部 6 0を構成するコンピュータ内に用 意するプログラムの設定に応じて、 任意の厚みをもった薄膜からなる交互吸着 膜を製造することが可能になる。 もちろん、 成膜制御部 6 0内に用意するプロ グラムとして、 浸漬時間によって、 各槽に対する出し入れのタイミングを制御 する動作を行わせることも可能である。 たとえば、 収容槽 1 1 0に 1 0分間、 収容槽 1 2 0に 2分間、 収容槽 1 3 0に 1分間、 収容槽 1 4 0に 1分間、 収容 槽 2 1 0に 1 0分間、 収容槽 2 2 0に 2分間、 収容槽 2 3 0に 1分間、 収容槽 2 4 0に 1分間、 というような設定のプログラムを用意しておけば、 正負の電 解質ポリマ一をそれそれ 1 0分間吸着させた後、 2分間、 1分間、 1分間とい うリンス浴が行われることになる。 By using such an apparatus, it is possible to manufacture an alternately adsorbed film composed of a thin film having an arbitrary thickness in accordance with the setting of a program provided in a computer constituting the film forming control unit 60. . Of course, as a program prepared in the film formation controller 60, an operation for controlling the timing of taking in and out of each tank can be performed according to the immersion time. For example, containment tank 110 for 10 minutes, containment tank 120 for 2 minutes, containment tank 130 for 1 minute, containment tank 140 for 1 minute, containment tank 210 for 10 minutes, If you prepare a program with settings such as 2 minutes in the tank 220, 1 minute in the storage tank 230, and 1 minute in the storage tank 240, the positive and negative electrolyte polymers will be deviated from each other. After adsorption for 0 minutes, a rinsing bath for 2 minutes, 1 minute, and 1 minute is performed.
もちろん、 本発明本来の製造方法を実施する上では、 周波数検出部 5 0から 与えられる発振周波数 fの変化量 Δ ίに基いて、 各槽に対する出し入れのタイ ミング制御を行うことになる。 すなわち、 リンス浴の出し入れタイミングは、 上述のように時間で制御して問題ないが、 収容槽 1 1◦および収容槽 2 1 0に
関しては、槽内に入れた時点からの周波数変化量△ fが、所定の基準値 f ref (所 定の膜厚に対応する) に到達した時点で引き上げるような制御を行うことにな る。 このように、 発振周波数 fの変化量 Δ ΐに基づく制御を行えば、 任意の膜 厚構成からなる交互吸着膜を正確に成膜することが可能になる。 Of course, in carrying out the original manufacturing method of the present invention, the timing control of taking in and out of each tank is performed based on the variation Δί of the oscillation frequency f given from the frequency detecting section 50. In other words, the timing of taking in and out of the rinsing bath can be controlled by the time as described above, but there is no problem. With respect to this, control is performed so that the frequency change amount △ f from the time when the battery is put into the tank reaches a predetermined reference value f ref (corresponding to a predetermined film thickness), and is raised. . As described above, if the control based on the variation Δ 量 of the oscillation frequency f is performed, it is possible to accurately form an alternate adsorption film having an arbitrary thickness.
なお、 リンス浴から引き上げた基板 1 0の表面を乾燥させるためのブロア一 (たとえば、 窒素ガスを吹き付ける装置) を設けておけば、 基板 1 0の表面に 付着した水滴を十分に除去してから、 次の層を形成する工程に移ることができ る。 あるいは、 乾燥を行うための専用槽 (たとえば、 温風を吹き付ける機構が 備わった乾燥室) を設けておき、 リンス浴から引き上げた基板 1 0を、 この専 用槽に入れることにより、 十分な乾燥を行うようにしてもよい。 If a blower (for example, a device that blows nitrogen gas) for drying the surface of the substrate 10 lifted from the rinsing bath is provided, the water droplets adhering to the surface of the substrate 10 are sufficiently removed. Then, the process can be shifted to the next layer. Alternatively, a dedicated tank for drying (for example, a drying room equipped with a mechanism for blowing hot air) is provided, and the substrate 10 pulled up from the rinsing bath is put into this dedicated tank to ensure sufficient drying. May be performed.
以上のとおり本発明に係る交互吸着膜の製造方法および製造装置によれば、 水晶振動子によつて膜厚を直接測定するようにしたため、 正確な膜厚制御が可 能になる。 また、 このような正確な膜厚制御によって実現可能な有用な交互吸 着膜を有する構造体を得ることができる。 As described above, according to the method and the apparatus for manufacturing the alternately adsorbed film according to the present invention, the film thickness is directly measured by the quartz oscillator, so that accurate film thickness control becomes possible. Further, it is possible to obtain a structure having a useful alternating adsorption film that can be realized by such accurate film thickness control.
S 4 . 交互吸着膜を有する構造体 S 4. Structure with alternating adsorption film
これまで述べたように、 本発明に係る交互吸着膜の製造方法および製造装置 を用いれば、 高精度な莫厚制御が可能になるので、 特殊な用途に適した交互吸 着膜を成膜することが可能になり、 特殊な用途に適した交互吸着膜構造体を製 造することが可能になる。 以下、 このような特殊な交互吸着膜を有する構造体 をいくつか例示しておく。 As described above, the use of the method and the apparatus for manufacturing an alternate adsorption film according to the present invention enables high-precision control of the thickness, thereby forming an alternate adsorption film suitable for a special use. This makes it possible to manufacture an alternately adsorbed membrane structure suitable for special applications. Hereinafter, some examples of the structure having such a special alternating adsorption film will be described.
まず、 第 8図は、 基板 1 0上に、 各層の膜厚が均一となるような均等なへテ 口構造をもった交互吸着膜を形成した例を示す概念図である。 ここで、 薄膜 A は、 第 1の電解質ポリマー水溶液 (たとえば、 正の電解質ポリマーの水溶液) によって成膜された層であり、 薄膜 Bは、 第 2の電解質ポリマー水溶液 (たと えば、 負の電解質ポリマーの水溶液) によって成膜された層である。 薄膜 Aの 膜厚と薄膜 Bの膜厚は、 どの層においても均一となっている。 これは、 発振周
波数の変化量 Δ ίに関する基準値: ref を常に一定値に設定して成膜を行った 結果である。 このように、 各層の膜厚が均一な交互吸着膜を有する構造体は、 種々の発光素子として利用することができ、 特に、 品質の良い超薄型プラスチ ックディスプレイなどに利用することが可能になる。 First, FIG. 8 is a conceptual diagram showing an example in which an alternately adsorbing film having a uniform opening structure is formed on a substrate 10 so that the thickness of each layer is uniform. Here, the thin film A is a layer formed by a first electrolyte polymer aqueous solution (for example, a positive electrolyte polymer aqueous solution), and the thin film B is a second electrolyte polymer aqueous solution (for example, a negative electrolyte polymer). (Aqueous solution). The thickness of the thin film A and the thickness of the thin film B are uniform in all layers. This is the oscillation frequency This is the result of forming a film with the reference value: ref always set to a constant value for the change amount Δί of the wave number. As described above, the structure having the alternately adsorbed film in which the thickness of each layer is uniform can be used as various light-emitting elements, and in particular, can be used for a high-quality ultra-thin plastic display and the like. become.
一方、 第 9図は、 基板 1 0上に、 各層の膜厚が深部から表面にゆくに従って 単調減少するような交互吸着膜を形成した例を示す概念図である。 薄膜 Aは第 1の電解質ポリマ一水溶液によって成膜され、 薄膜 Bは第 2の電解質ポリマー 水溶液によって成膜された層である点は、 第 8図の例と同様であるが、 いずれ の薄膜も表面へゆくほど薄くなつている。 逆に、 深部から表面にゆくに従って 単調増加するような交互吸着膜を成膜することも可能である。 このような交互 吸着膜を製造するには、 基準値 f ref として、 浸漬処理の回数を重ねるごとに 単調増加または単調減少する関数を設定するようにすればよい。 このような性 質をもつ交互吸着膜は、 光導波路、 屈折率分布型の光ファイバ一などに利用可 能である。 On the other hand, FIG. 9 is a conceptual diagram showing an example in which an alternately adsorbed film is formed on the substrate 10 such that the thickness of each layer monotonically decreases from the deep portion to the surface. The thin film A is formed by a first electrolyte polymer aqueous solution, and the thin film B is a layer formed by a second electrolyte polymer aqueous solution, as in the example of FIG. 8. It is thinner as it goes to the surface. Conversely, it is also possible to form an alternately adsorbed film that monotonically increases from the deep portion to the surface. In order to manufacture such an alternating adsorption film, a function that monotonically increases or monotonically decreases as the number of times of immersion treatment increases as the reference value f ref. The alternating adsorption film having such properties can be used for an optical waveguide, a refractive index distribution type optical fiber, and the like.
第 1 0図は、 基板 1 0上に、 第 2の電解質ポリマーの物理的性質が、 交互吸 着膜全体において支配的な性質となるように、 第 1の電解質ポリマーからなる 各層 Aの膜厚が、 第 2の電解質ポリマーからなる各層 Bの膜厚に比べて十分に 小さくなるように設定した交互吸着膜を形成した例を示す概念図である。 図示 のとおり、 層 Aの厚みは層 Bの厚みに比べて非常に小さくなつており、 いわば 層 Aは層 B間の接着剤として機能しているにすぎない。 このような交互吸着膜 では、 層 Bを構成する第 2の電解質ポリマ一の物理的性質が支配的になるため、 複合有機薄膜であるにもかかわらず、 一方の材料の物理的性質のみを示す薄膜 として機能することができる。 このような交互吸着膜を製造するには、 基準値 f ref として、 奇数回目の浸漬処理と偶数回目の浸漬処理とで別な値を設定す るようにすればよい。 このような性質をもつ交互吸着膜は、 有機 E L (発光) 素子、 バイオセンサなどに利用可能である。
また、 第 1 1図は、 基板 1 0に、 第 1の電解質ポリマーの各層 Aの膜厚が深 部から表面にゆくに従って単調減少し、 第 2の電解質ポリマーの各層 Bの膜厚 が深部から表面にゆくに従って単調増加するような交互吸着膜を形成した例を 示す概念図である。 このような交互吸着膜を製造するには、 基準値 f ref とし て、 奇数回目の浸漬処理では浸漬処理の回数を重ねるごとに単調減少する関数 を設定し、 偶数回目の浸漬処理では浸漬処理の回数を重ねるごとに単調増加す る関数を設定すればよい。 このような交互吸着膜では、 深部へゆくほど第 1の 電解質ポリマ一の物理的性質が顕著になり、 表面にゆくほど第 2の電解質ポリ マ一の物理的性質が顕著になるので、 従来の交互吸着膜にはみられなかった新 たな機能をもたせることが可能になる。 たとえば、 第 1の電解質ポリマーと第 2の電解質ポリマーとして、 互いに屈折率の異なるポリマ一材料を用いておけ ば、 深部から表面にかけて屈折率が徐々に変化するような薄膜が得られること になる。 このような薄膜は、 屈折率分布型の光ファイバ一などに応用すること ができる。 あるいは、 第 1の電解質ポリマ一として絶縁性材料を用い、 第 2の 電解質ポリマーとして導電性材料を用いるようにすれば、 深部から表面にかけ て導電率が徐々に変化するような薄膜が得られることになる。 すなわち、 深部 は絶縁性が高く、 表面部分のみが導電性を示すような薄膜が得られることにな る。 逆に、 深部は導電性が高く、 表面部分のみが絶縁性を示すような薄膜を得 ることも可能である。 このような薄膜は、 プリント基板や集積回路などに応用 することが可能である。 FIG. 10 shows the thickness of each layer A made of the first electrolyte polymer on the substrate 10 so that the physical properties of the second electrolyte polymer are dominant in the entire alternating adsorption film. FIG. 3 is a conceptual diagram showing an example in which an alternate adsorption film is set so as to be sufficiently smaller than the thickness of each layer B made of a second electrolyte polymer. As shown, the thickness of the layer A is much smaller than the thickness of the layer B, so that the layer A merely functions as an adhesive between the layers B. In such an alternately adsorbed film, the physical properties of the second electrolyte polymer constituting the layer B become dominant, so only the physical properties of one material are shown despite the fact that it is a composite organic thin film. It can function as a thin film. In order to manufacture such an alternately adsorbed film, different values may be set as the reference value f ref for the odd-numbered immersion treatment and the even-numbered immersion treatment. The alternating adsorption film having such properties can be used for an organic EL (light emitting) device, a biosensor, and the like. FIG. 11 shows that the thickness of each layer A of the first electrolyte polymer monotonously decreases from the depth to the surface of the substrate 10, and the thickness of each layer B of the second electrolyte polymer decreases from the depth. FIG. 5 is a conceptual diagram showing an example in which an alternate adsorption film is formed such that it increases monotonically as it goes to the surface. In order to manufacture such an alternately adsorbed film, a function that monotonically decreases as the number of times of immersion treatment is set in the odd number of immersion treatments as the reference value f ref, What is necessary is just to set a function that increases monotonically with each repetition. In such an alternating adsorption film, the physical properties of the first electrolyte polymer become more prominent as it goes deeper, and the physical properties of the second electrolyte polymer become more prominent as it goes closer to the surface. It is possible to provide new functions that were not found in the alternate adsorption film. For example, if polymer materials having different refractive indices are used as the first electrolyte polymer and the second electrolyte polymer, a thin film whose refractive index gradually changes from the deep portion to the surface can be obtained. Such a thin film can be applied to a refractive index distribution type optical fiber or the like. Alternatively, if an insulating material is used as the first electrolyte polymer and a conductive material is used as the second electrolyte polymer, a thin film whose conductivity gradually changes from the deep portion to the surface can be obtained. become. In other words, a thin film having high insulating properties at the deep portion and exhibiting conductivity only at the surface portion can be obtained. Conversely, it is also possible to obtain a thin film in which the deep part has high conductivity and only the surface part has insulating properties. Such a thin film can be applied to a printed circuit board, an integrated circuit, and the like.
§ 5 . その他の実施,形態 § 5. Other embodiments and embodiments
上述した実施形態では、 正の電解質ポリマ一水溶液および負の電解質ポリマ —水溶液をそれそれ 1種類ずつ用意し、 これらに交互に浸すことによって交互 吸着膜を形成しているが、 各ポリマー水溶液をそれそれ複数種類用意し、 これ らを適宜選択して使用することも可能である。 たとえば、 第 7図に示す例にお いて、 収容槽 1 1 0を更に複数の槽に分割し、 各槽にそれそれ異なる種類の正
の電解質ポリマ一水溶液を用意し、 同様に、 収容槽 2 1 0を更に複数の槽に分 割し、 各槽にそれそれ異なる種類の負の電解質ポリマー水溶液を用意する。 そ して、 収容槽 1 1 0あるいは 2 1 0に基板 1 0および水晶振動子 2 0を浸す場 合には、 複数のうちのいずれか 1つの水溶液槽に選択的に浸すようにする。 こ のような方法を採れば、 毎回、 成膜対象となる層に最も適した水溶液を選択す ることができるようになる。 In the above-described embodiment, the positive electrolyte polymer aqueous solution and the negative electrolyte polymer aqueous solution are prepared one by one, and are alternately immersed in them to form an alternating adsorption film. It is also possible to prepare a plurality of them and select and use these as appropriate. For example, in the example shown in FIG. 7, the storage tank 110 is further divided into a plurality of tanks, and each tank has a different type of positive electrode. Similarly, the storage tank 210 is further divided into a plurality of tanks, and different kinds of negative electrolyte polymer aqueous solutions are prepared in the respective tanks. When the substrate 10 and the crystal unit 20 are immersed in the storage tank 110 or 210, the substrate 10 and the crystal unit 20 are selectively immersed in any one of the plurality of aqueous solution tanks. By adopting such a method, it becomes possible to select the most suitable aqueous solution for the layer to be formed every time.
含まれているポリマーの種類を変えることにより複数通りの水溶液を用意す れば、 各層ごとにそれぞれ異なる分子成分をもった交互吸着膜を成膜すること ができる力 s、 ここで述べる方法は、 このようにポリマーの種類自身を変える方 法に限定されるものではない。 すなわち、 同一のポリマ一を含んでいる水溶液 を用いた場合であっても、 種々の条件を変えることにより、 複数通りの水溶液 を用意することができる。 たとえば、 同一のポリマーを含んだ水溶液を用いた 場合であっても、 p H値を変えることにより、 吸着形成される膜の性質に変化 が生じることになる。 水溶液の p H値は分子間の反発力に影響を与えるパラメ 一夕であるため、 p H値を変えることによって吸着膜の密度を変えることが可 能になる。 そこで、 厚い膜を形成するのに適した p H値の水溶液と薄い膜を形 成するのに適した p H値の水溶液とを用意しておき、 形成すベき層の厚みに応 じて、 いずれかの水溶液に選択的に浸すようにすれば、 より好ましい条件での 成膜が可能になる。 交互吸着膜の形成工程では、 電気的中和によりクーロン力 が作用しなくなると、 それ以後は膜が成長しなくなり、 厚みが飽和した状態に なってしまう。 したがって、 特に厚い層を形成させたい場合には、 厚い膜を形 成するのに適した p H値の水溶液に浸すことが必須になる。 By preparing a plurality of types of aqueous solutions by changing the type of polymer contained, the force s that can form an alternate adsorption film having a different molecular component for each layer s . Thus, the method is not limited to the method of changing the kind of the polymer itself. That is, even when an aqueous solution containing the same polymer is used, plural kinds of aqueous solutions can be prepared by changing various conditions. For example, even when an aqueous solution containing the same polymer is used, changing the pH value will change the properties of the film formed by adsorption. Since the pH value of an aqueous solution is a parameter that affects the repulsive force between molecules, it is possible to change the density of the adsorption film by changing the pH value. Therefore, an aqueous solution having a pH value suitable for forming a thick film and an aqueous solution having a pH value suitable for forming a thin film are prepared, and according to the thickness of the layer to be formed. By selectively immersing the film in any one of the aqueous solutions, the film can be formed under more preferable conditions. In the process of forming an alternately adsorbed film, if the Coulomb force stops acting due to electrical neutralization, the film will no longer grow thereafter, and the thickness will be saturated. Therefore, when a particularly thick layer is to be formed, it is essential to immerse the film in an aqueous solution having a pH value suitable for forming a thick film.
水溶液の条件は、 上述した p H値だけでなく、 濃度や温度によっても変わつ てくる。 そこで、 濃度あるいは温度がそれぞれ異なる複数通りの水溶液を用意 しておき、 交互に槽に浸す際に、 各層に適した水溶液に選択的に浸すようにす れば、 好ましい条件での成膜が可能になる。
なお、 水晶振動子 2 0で検出される物理量はあくまでも膜の質量であって、 膜の厚みではない。 したがって、 水溶液の p H値、 濃度、 温度などの条件を変 えることにより成膜される吸着層の密度に変化が生じると、 質量と厚みとの関 係にも変化が生じることになる。 そこで、 p H値、 濃度、 温度などの条件を変 えた複数通りの水溶液を用いる場合には、 各水溶液ごとに質量と厚みとの関係 を予め把握しておき、 水溶液に対する出し入れのタイミングを決定する際に考 慮するのが好ましい。 The conditions of the aqueous solution vary depending not only on the above-mentioned pH value but also on the concentration and temperature. Therefore, it is possible to prepare a film under favorable conditions by preparing a plurality of aqueous solutions having different concentrations or temperatures and selectively immersing them in an aqueous solution suitable for each layer when alternately immersing in a tank. become. It should be noted that the physical quantity detected by the crystal unit 20 is merely the mass of the film, not the thickness of the film. Therefore, if the density of the formed adsorbent layer changes by changing the conditions such as the pH value, concentration, and temperature of the aqueous solution, the relationship between the mass and the thickness also changes. Therefore, when using multiple aqueous solutions with different conditions such as pH value, concentration, temperature, etc., grasp the relationship between mass and thickness for each aqueous solution in advance, and determine the timing for taking in and out of the aqueous solution. It is preferable to take this into consideration.
また、 各吸着層の厚みは、 リンス浴後の乾燥工程によっても変化することが 確認できた。 第 7図に示す装置を利用する場合、 リンス浴用の収容槽 1 4 0か ら取り出した後、 負の電解質ポリマー槽 2 1 0へ移し替える際、 あるいは、 リ ンス浴用の収容槽 2 4 0から取り出した後、 正の電解質ポリマー槽 1 1 0へ移 し替える際に、 所定時間の乾燥工程を加えるのが好ましいが、 本願発明者が確 認した限りでは、 この乾燥工程の時間を長くとると、 若干の膜厚の増加が認め られた。 したがって、 上述したように、 水溶液の p H値、 濃度、 温度などの条 件を変えることにより成膜条件の制御を行うだけでなく、 リンス浴後の乾燥時 間を変えることにより成膜条件の制御を行うことも可能である。 In addition, it was confirmed that the thickness of each adsorption layer also changed depending on the drying process after the rinsing bath. When using the device shown in Fig. 7, remove from the rinsing bath storage tank 140 and then transfer it to the negative electrolyte polymer tank 210 or from the rinsing bath storage bath 240. After removal, it is preferable to add a drying step for a predetermined time when transferring to the positive electrolyte polymer tank 110.However, as long as the inventor of the present application has confirmed, if this drying step is made longer, However, a slight increase in the film thickness was observed. Therefore, as described above, the film formation conditions are controlled not only by changing the conditions such as the pH value, concentration, and temperature of the aqueous solution, but also by changing the drying time after the rinsing bath. It is also possible to do.
これまで述べた実施形態では、 基板 1 0および水晶振動子 2 0をポリマー水 溶液から取り出すタイミングを、 ポリマー水溶液に入れた時点を基準にしたと きの水晶振動子 2 0の発振周波数の変化量 が所定の基準値 f ref に到達し た時点としているが、 その代わりに、 発振周波数の変化速度 Vが所定の基準値 V ref に到達した時点とすることも可能である。 基板 1 0および水晶振動子 2 0をポリマー水溶液に浸潰させた当初は、 クーロン力の作用により、 水溶液中 のポリマーが基板 1 0および水晶振動子 2 0の表面に盛んに吸着するため、 成 膜速度は比較的速くなる。 このため、 水晶振動子 2 0の発振周波数の変化速度 Vも比較的速くなる。 ところが、 成膜過程が進行するにしたがって、 電気的中 和によりクーロンカは徐々に低下することになり、 成膜速度も徐々に低下する
ことになる。 このため、 水晶振動子 2 0の発振周波数の変化速度 vも徐々に低 下してくることになり、 やがて成膜過程が飽和状態に達すると、 発振周波数の 変化速度 Vは理論的には零になる。 したがって、 発振周波数の変化速度 Vを監 視していれば、 成膜過程が飽和状態に達したか否かを認識することができる。 すなわち、 単位時間あたりの発振周波数の変化量 を変化速度 Vと定義し、 この変化速度 Vが所定の基準値 vref にまで低下した時点で成膜過程が飽和状 態に達したと判断し、 基板 1 0および水晶振動子 2 0をポリマ一水溶液から取 り出すようにすればよい。 In the embodiments described above, the timing of taking out the substrate 10 and the crystal unit 20 from the polymer aqueous solution is based on the change amount of the oscillation frequency of the crystal unit 20 with respect to the time when the substrate 10 and the crystal unit 20 are put into the polymer aqueous solution. Is reached at a predetermined reference value f ref, but instead may be set at a time at which the oscillation frequency change speed V reaches a predetermined reference value V ref. Initially, when the substrate 10 and the crystal unit 20 were immersed in the aqueous polymer solution, the polymer in the aqueous solution was actively adsorbed on the surfaces of the substrate 10 and the crystal unit 20 by the action of Coulomb force. The film speed is relatively high. For this reason, the change speed V of the oscillation frequency of the crystal unit 20 is relatively high. However, as the film formation process progresses, Coulomba gradually decreases due to electrical neutralization, and the film formation speed gradually decreases. Will be. For this reason, the change rate v of the oscillation frequency of the crystal unit 20 gradually decreases, and when the film forming process reaches a saturation state, the change rate V of the oscillation frequency theoretically becomes zero. become. Therefore, by monitoring the change speed V of the oscillation frequency, it is possible to recognize whether or not the film formation process has reached a saturation state. That is, the change amount of the oscillation frequency per unit time is defined as a change speed V, and when the change speed V decreases to a predetermined reference value vref, it is determined that the film forming process has reached a saturated state, and What is necessary is just to take out 10 and crystal oscillator 20 from polymer aqueous solution.
このようなタイミングでポリマ一水溶液から取り出すようにすると、 各層の 厚みが最大となるような交互吸着膜を形成することが可能になる。 たとえば、 第 4図に示す例の場合、 表面が負に帯電した基板 1 0を正の電解質ポリマー水 溶液に浸すことにより薄膜層 A 1が形成される。 このとき、 基板 1 0とともに 浸した水晶振動子 2 0の発振周波数をモニターし、 この発振周波数の変化速度 Vが所定の基準値 vref (成膜過程がほぼ飽和状態に達したと判断できる適当 な値) まで低下したら (たとえば、 1分間の周波数変化量が 1 H z以内になつ たら)、 基板 1 0および水晶振動子 2 0をポリマー水溶液から引き上げるよう にすればよい。 この時点で形成された薄膜層 A 1は、 成膜過程がほぼ飽和状態 となっているため、 ほぼ最大の膜厚となる。 続いて、 基板 1 0および水晶振動 子 2 0を負の電解質ポリマー水溶液に浸すことになるが、 このときも同様に発 振周波数の変化速度 Vが所定の基準値 v ref まで低下したら引き上げるように すればよい。 When the polymer is taken out from the aqueous polymer solution at such a timing, it is possible to form an alternately adsorbed film in which the thickness of each layer is maximized. For example, in the case of the example shown in FIG. 4, a thin film layer A1 is formed by immersing a substrate 10 having a negatively charged surface in a positive electrolyte polymer aqueous solution. At this time, the oscillation frequency of the crystal oscillator 20 immersed together with the substrate 10 is monitored, and the rate of change V of the oscillation frequency is adjusted to a predetermined reference value vref (an appropriate value that can determine that the film forming process has almost reached a saturated state). Value) (for example, if the frequency change for one minute is within 1 Hz), the substrate 10 and the crystal unit 20 may be lifted from the polymer aqueous solution. The thin film layer A1 formed at this time has a substantially maximum thickness because the film forming process is substantially saturated. Subsequently, the substrate 10 and the crystal unit 20 are immersed in a negative electrolyte polymer aqueous solution.In this case as well, when the change rate V of the oscillation frequency falls to the predetermined reference value vref, the substrate 10 and the crystal unit 20 are raised. do it.
このように、 成膜過程がほぼ飽和状態になるまで吸着を行うようにすると、 電荷分布にばらつきのない均質な薄膜層を形成することができる。 これは、 あ る薄膜層の表面に次の薄膜層を形成する成膜段階において、 1つ下の層の電荷 の影響が及ばないためである。 たとえば、 第 4図において、 第 2の薄膜層 B 2 を形成する成膜段階において、 成膜過程が飽和状態になるまで吸着を行ってお
けば、 その 1つ下の層である第 1の薄膜層 A 1の電荷の影響は、 第 2の薄膜層 B 2によって完全に打ち消されてしまうため、 第 3の薄膜層 A 3を形成する成 H莫段階では、 第 1の薄 fl莫層 A 1の電荷の影響が全く及ばなくなるのである。 前述したように、 従来は、 ポリマー水溶液から引き出すタイミングを浸漬時 間で制御していた。 したがって、 成膜過程を飽和状態までもってゆくためには、 十分に長い浸漬時間を確保しておく必要があった。 たとえば、 各ポリマー水溶 液への浸漬時間を 1時間に設定しておけば、 どのような成膜条件でもほぼ飽和 状態に達するので、 上述したように各層が最大膜厚をもった交互吸着層を形成 することができる。 しかしながら、 成膜条件によっては、 わずか 5分で飽和状 態に達する場合もあり、 このような場合には、 従来の方法では、 実際に必要な 浸漬時間の 1 0倍以上もの無駄な時間を費やすことになる。 これに対し、 上述 した本発明に係る方法では、 飽和状態に到達したことを、 水晶振動子 2 0の発 振周波数の変化速度 Vに基いて認識することができるので、 無駄な成膜時間を 省いた効率的な生産を行うことが可能になる。 As described above, if the adsorption is performed until the film formation process becomes substantially saturated, a uniform thin film layer having no variation in charge distribution can be formed. This is because the charge of the next lower layer does not affect the film formation step of forming the next thin film layer on the surface of a certain thin film layer. For example, in FIG. 4, in the film forming step of forming the second thin film layer B 2, adsorption is performed until the film forming process is saturated. In this case, the influence of the charge of the first thin film layer A 1 which is one layer below is completely canceled out by the second thin film layer B 2, so that the third thin film layer A 3 is formed. At the stage of growth, the charge of the first thin layer A 1 is completely unaffected. As described above, conventionally, the timing of withdrawal from the polymer aqueous solution was controlled by the immersion time. Therefore, it was necessary to secure a sufficiently long immersion time in order to bring the film formation process to a saturated state. For example, if the immersion time in each polymer aqueous solution is set to 1 hour, almost saturated conditions will be reached under any film formation conditions, and as described above, the alternately adsorbed layers having the maximum film thickness for each layer will be used. Can be formed. However, depending on the film formation conditions, saturation may be reached in as little as 5 minutes, and in such a case, the conventional method wastes more than 10 times the actually required immersion time. Will be. On the other hand, in the above-described method according to the present invention, the fact that the saturated state has been reached can be recognized based on the change speed V of the oscillation frequency of the crystal resonator 20, so that the unnecessary film formation time is reduced. Efficient production can be performed with savings.
また、 本願発明者が行った実験によると、 水晶振動子 2 0の表面に対して成 膜過程が進行してゆくと、 水晶振動子 2 0のィンピーダンスに変化が生じるこ とが確認できた。 すなわち、 水晶振動子 2 0の表面に形成される吸着膜の膜厚 が増加してゆくにしたがって、 インピーダンスも増加してゆくことになる。 た とえば、 第 6図に示す周波数検出部 5 0の代わりに、 インピーダンス検出部を 用い、 水晶振動子 2 0の両面に形成された電極間に交流電圧を印加しながら電 流値を観測すれば、 両電極間のインピーダンス Zを検出することができる。 そ こで、 溶液に入れた時点を基準にしたときの水晶振動子 2 0のインピーダンス の変化量 Δ Ζが所定の基準値 Z ref に到達した時点、 またはインピーダンスの 変化速度 V zが所定の基準値 V z ref に到達した時点で溶液から出すようにす れば、 各吸着層の厚みを所望の膜厚に制御することが可能になる。 もちろん、 実用上は、 水晶振動子 2 0の周波数に基づく制御と、 インピーダンスに基づく
制御とを組み合わせることにより、 より正確な膜厚制御が可能になる。 Further, according to an experiment performed by the present inventors, it was confirmed that as the film formation process progressed on the surface of the crystal unit 20, the impedance of the crystal unit 20 changed. . That is, as the film thickness of the adsorption film formed on the surface of the crystal unit 20 increases, the impedance also increases. For example, use an impedance detector instead of the frequency detector 50 shown in Fig. 6 to observe the current value while applying an AC voltage between the electrodes formed on both sides of the crystal unit 20. Thus, the impedance Z between both electrodes can be detected. Then, when the amount of change Δ イ ン ピ ー ダ ン ス in impedance of the crystal unit 20 reaches a predetermined reference value Z ref with respect to the time when it is put into the solution, or when the rate of change of impedance V z is If the solution is taken out from the solution when the value reaches the value V z ref, the thickness of each adsorption layer can be controlled to a desired thickness. Of course, practically, control based on the frequency of the crystal unit 20 and control based on the impedance By combining this with control, more accurate film thickness control becomes possible.
これまで述べてきた例は、 被成膜材料を正の電解質ポリマー水溶液と負の電 解質ポリマー水溶液とに交互に浸すことにより交互吸着膜を形成させるもので あるが、 本発明を実施する上では必ずしも電解質ポリマ一水溶液を用いる必要 はない。 たとえば、 ルテニウム錯体モノマー (R u ( b p y ) 3 C 1 2 ) の水溶 液 (正に帯電したモノマ一水溶液) と、 ポリアクリル酸 (poly - acrylic acid)の 水溶液 (負に帯電したポリマー水溶液) に被成膜材料を交互に浸すことにより、 交互吸着膜を形成することが可能であり、 電解質ポリマーの代わりに電解質モ ノマ一を用いても、 交互吸着膜を形成することができる。 また、 上述のルテニ ゥム錯体などは、 エタノール、 アセトン、 ジメチルホルムアミ ド、 ピリジン、 ァセトニトリルなどの有機溶媒にも溶けるため、 水溶液の代わりに有機溶媒を 用いた溶液を用いてもかまわない。 In the examples described above, the alternately adsorbed film is formed by alternately immersing the film-forming material in the aqueous solution of the positive electrolyte polymer and the aqueous solution of the negative electrolyte polymer. Then, it is not always necessary to use an aqueous solution of the electrolyte polymer. For example, aqueous solution of ruthenium complex monomer (R u (bpy) 3 C 1 2) and (positively charged monomers one aqueous), polyacrylic acid - (the charged polymer solution negatively) an aqueous solution of (poly acrylic acid) By alternately immersing the film-forming materials, it is possible to form an alternately-adsorbed film. Even if an electrolyte monomer is used in place of the electrolyte polymer, the alternately-adsorbed film can be formed. The ruthenium complex described above is also soluble in organic solvents such as ethanol, acetone, dimethylformamide, pyridine, and acetonitrile. Therefore, a solution using an organic solvent may be used instead of the aqueous solution.
本願発明者は、 更に、 フェライ ト微粒子や金属錯体微粒子などを帯電させた 状態で分散させた溶液を用いても、 交互吸着膜を形成することができることを 見い出した。 たとえば、 第 1 2図 (a) に示すようなフェライ ト微粒子と、 第 1 The inventor of the present application has further found that an alternate adsorption film can be formed even by using a solution in which ferrite fine particles, metal complex fine particles, and the like are dispersed in a charged state. For example, ferrite fine particles as shown in Fig.
2図 (b) に示すような正の電荷をもった界面活性剤 (両親媒性物質) と、 を水 に分散させると、 第 1 3図に示すように、 フェライ ト微粒子の周囲を界面活性 剤が取り巻くように会合し (正に帯電した親水基が外側に向く)、 表面が正に 帯電したミセルの水溶液が得られる。 この場合、 図示のように、 単一のフェラ ィ ト微粒子の周りを界面活性剤が取り巻いたミセルが形成されることもあれば、 複数のフェライ ト微粒子の周りを界面活性剤が取り巻いたミセルが形成される こともある。 このようなミセル水溶液は、 これまで述べてきた例における正の 電解質ポリマ一水溶液と同等の機能を果たすことになり、 交互吸着膜の形成に 利用することができる。 もちろん、 親水基に負の電荷をもった界面活性剤 (た とえば、 ァラキジン酸) を用いれば、 負の電荷をもったミセル水溶液を得るこ とができ、 このようなミセル水溶液は、 これまで述べてきた例における負の電
解質ポリマー水溶液と同等の機能を果たすことになる。 結局、 本発明は、 正の 荷電粒子を含む溶液と負の荷電粒子を含む溶液とを用意し (ここで、 「荷電粒 子を含む溶液」 とは、 ポリマーやモノマーの溶液はもちろんのこと、 上述した ミセル水溶液のように帯電した粒子が含まれている溶液までも広く含むもので ある)、 これらの溶液に被成膜材料を交互に浸すことにより、 交互吸着膜を形 成する方法に広く利用することが可能である。 2 When a surfactant (amphiphilic substance) with a positive charge as shown in Fig. (B) and water are dispersed in water, the surfactant around the ferrite fine particles is dispersed as shown in Fig. 13 The agents associate around (positively charged hydrophilic groups point outward), yielding an aqueous solution of micelles whose surface is positively charged. In this case, as shown in the figure, micelles around a single ferrite fine particle surrounded by a surfactant may be formed, or micelles surrounded by a plurality of ferrite fine particles around a surfactant may be formed. May be formed. Such a micelle aqueous solution performs the same function as the positive electrolyte polymer aqueous solution in the examples described above, and can be used for forming an alternate adsorption film. Of course, if a surfactant having a negative charge on the hydrophilic group (for example, arachidic acid) is used, a micellar aqueous solution having a negative charge can be obtained. The negative charge in the example It will perform the same function as the degraded polymer aqueous solution. As a result, the present invention provides a solution containing positively charged particles and a solution containing negatively charged particles (here, the “solution containing charged particles” refers to not only a solution of a polymer or a monomer, but also This includes a wide range of solutions containing charged particles such as the micelle aqueous solution described above.) The method of forming an alternately adsorbed film by alternately immersing the film-forming material in these solutions is widely used. It is possible to use.
なお、 本願発明者が行った実験によると、 水溶液に超音波を加えると、 ミセ ルの形成を促進させることができることがわかった。 したがって、 ミセル溶液 を用いて交互吸着膜を作成する場合には、 ミセル溶液を収容する槽に超音波を 与えるようにするのが好ましい。 第 7図に示す交互吸着膜の製造装置における 超音波発生部 7 0は、 第 1の槽 1 0 0あるいは第 2の槽 2 0 0に対して超音波 による振動を与えるための装置である。 この超音波発生部 7 0によって、 ミセ ル溶液を収容した槽に対して超音波振動を与えるようにすれば、 ミセル形成が 促進されることになる。 もっとも、 超音波発生部 7 0は、 必ずしもミセル溶液 を用いた場合にのみ利用されるものではなく、 一様分散しにくい成分が含まれ ている溶液を用いる場合に広く利用可能である。 また、 溶液によっては、 温度 を高めることにより成分が一様分散しやすくなるものも少なくない。 このよう な溶液を用いる場合には、 槽内の溶液を加熱する機能をもった加熱装置を付加 しておくとよい。 According to an experiment conducted by the inventor of the present application, it has been found that the formation of micelles can be promoted by applying ultrasonic waves to the aqueous solution. Therefore, when forming an alternate adsorption film using a micelle solution, it is preferable to apply ultrasonic waves to a tank containing the micelle solution. The ultrasonic generator 70 in the apparatus for manufacturing an alternately adsorbed film shown in FIG. 7 is a device for applying ultrasonic vibration to the first tank 100 or the second tank 200. If the ultrasonic generator 70 applies ultrasonic vibration to the tank containing the micelle solution, micelle formation is promoted. However, the ultrasonic generator 70 is not necessarily used only when a micelle solution is used, but can be widely used when a solution containing components that are difficult to uniformly disperse is used. In addition, depending on the solution, there are many cases where the components are easily dispersed uniformly by increasing the temperature. When such a solution is used, a heating device having a function of heating the solution in the tank may be added.
最後に、 基板 1 0の表面に初期表面電荷を与えるためのユニークな方法を述 ベておく。 基板 1 0上に交互吸着膜を形成するためには、 既に述べたように、 初期表面電荷を与えておく必要がある。 たとえば、 第 2図 (a) に示す例では、 基板 1 0の表面に負の初期電荷が与えられている。 このような初期表面電荷は、 通常、 化学的な手法で表面に〇H一基を導入するなどの方法によって与えるこ とができるが、 ここでは、 物理的な手法で初期表面電荷を与える方法を述べて おく。
この方法は、 基板 10の少なくとも表面が導電性材料で構成されている場合 に利用可能であり、 具体的には、 基板 1 0として、 金属あるいは半導体を用い る場合に有効である。 また、 この方法を実施するためには、 予め槽内に対向電 極を設けておき、 更に、 基板 10および水晶振動子 20の表面と対向電極との 間に電圧を加えるための電圧印加部を設けておく必要がある。 第 14図は、 こ のような構成要素を付加した装置の一例を示す。 収容槽 1 10内には、 予め対 向電極 80が設けられており、 電圧印加部 90によって、 基板 10の表面 (導 電性材料からなる) および水晶振動子 20上の電極 2 1と、 対向電極 80との 間に所定の電圧を印加することができる。 Finally, a unique method for imparting an initial surface charge to the surface of the substrate 10 will be described. In order to form an alternate adsorption film on the substrate 10, it is necessary to provide an initial surface charge as described above. For example, in the example shown in FIG. 2A, a negative initial charge is applied to the surface of the substrate 10. Such an initial surface charge can usually be provided by a method such as introducing a 〇H group into the surface by a chemical method.Here, a method of applying the initial surface charge by a physical method is described. I will tell you. This method can be used when at least the surface of the substrate 10 is made of a conductive material. Specifically, this method is effective when a metal or a semiconductor is used as the substrate 10. Further, in order to carry out this method, a counter electrode is provided in advance in the tank, and a voltage application unit for applying a voltage between the surface of the substrate 10 and the crystal unit 20 and the counter electrode is provided. Must be provided. FIG. 14 shows an example of an apparatus to which such components are added. A counter electrode 80 is provided in the storage tank 110 in advance. The counter electrode 80 is opposed to the surface (made of a conductive material) of the substrate 10 and the electrode 21 on the crystal unit 20 by the voltage application unit 90. A predetermined voltage can be applied between the electrode 80 and the electrode 80.
この例では、 電圧印加部 90は、 基板 10および水晶振動子 20側が負、 対 向電極 80側が正となるような電圧を加える機能を果たしており、 その結果、 基板 10および水晶振動子 20の表面に対して、 負の初期電荷を与えることが 可能になる。 したがって、 この装置を用いて交互吸着膜を形成する場合には、 基板 10および水晶振動子 20の表面に対して、 初期表面電荷を与えるための 化学的な処理は不要になる。 In this example, the voltage applying unit 90 has a function of applying a voltage so that the substrate 10 and the crystal unit 20 side are negative and the counter electrode 80 side is positive. As a result, the surface of the substrate 10 and the crystal unit 20 , It is possible to give a negative initial charge. Therefore, when an alternately adsorbed film is formed using this apparatus, chemical treatment for giving an initial surface charge to the surfaces of the substrate 10 and the crystal unit 20 is not required.
S 6. 具体的な実施例 S 6. Specific Examples
ここでは、 本願発明者が行った具体的な実施例を述べておく。 Here, specific examples performed by the inventor of the present application will be described.
<<< 第 1の実施例 : >>> <<< First Embodiment: >>>
まず、 第 7図に示す装置の収容槽 1 10内に入れる正の電解質ポリマ一とし て、 ポリアリルアミン塩酸塩 (poly-allykminehydrochloride:略称 PAH : 分子量 = 55000) を用い、 収容槽 2 10内に入れる負の電解質ポリマーと して、 ポリアクリル酸 (poly- acrylic acid :略称 P A A :分子量 = 9000 0) を用いた。 いずれも、 10_2mol/ 1の濃度の水溶液を作成して各槽に収 容した。 また、 リンス浴などに利用する純水として、 18ΜΩ · οπι以上の超 純水を用意した。 First, poly-allylamine hydrochloride (abbreviation: PAH: molecular weight = 55000) is used as a positive electrolyte polymer to be placed in the storage tank 110 of the apparatus shown in FIG. As the negative electrolyte polymer, polyacrylic acid (abbreviation: PAA: molecular weight = 9000) was used. Both were yield capacity to create an aqueous solution of a concentration of 10_ 2 mol / 1 in each vessel. In addition, ultrapure water of 18οΩ · οπι or more was prepared as pure water to be used for the rinsing bath.
基板 10としては、 スライ ドガラスを用い、 この基板 10を、 硫酸と過酸化
水素水とを 7 : 3に混ぜた溶液に 1時間浸した後、 水と過酸化水素水と水酸化 アンモニゥムとを 5 : 1 : 1に混ぜた溶液に 30分間浸し、 純水で洗浄した。 これにより、 基板 10の表面を親水処理することができ、 かつ、 OH_基の導 入により表面を負に帯電させることができる。 帯電は飽和状態になっている。 一方、 水晶振動子 20としては、 10MHz, ATカットなる特性をもった 水晶振動子を用意した。 直径が 8. 0mm、 厚み 100 zmの円盤形状をなし、 その両面には、 直径 4. 5mm、 厚み 0. 3 zmの円盤状の金電極が形成され ている。 この水晶振動子 20を、 エタノールで洗浄後、 メルカトプロビオン酸 の lmol/ 1の濃度のエタノール溶液に 1曰漬けておき、 再びエタノールで洗浄 し、 更に純水で洗浄して乾燥させた。 これにより、 水晶振動子 20の表面を親 水処理することができ、 かつ、 OH—基の導入により表面を負に帯電させるこ とができる。 帯電はやはり飽和状態になっている。 As the substrate 10, a slide glass is used. After soaking for 1 hour in a solution in which hydrogen water was mixed at 7: 3, the resultant was soaked in a solution in which water, hydrogen peroxide solution and ammonium hydroxide were mixed in 5: 1: 1 for 30 minutes, and washed with pure water. Thereby, the surface of the substrate 10 can be subjected to hydrophilic treatment, and the surface can be negatively charged by introduction of OH_ groups. The charging is saturated. On the other hand, as the crystal resonator 20, a crystal resonator having characteristics of 10 MHz and AT cut was prepared. It has a disk shape with a diameter of 8.0 mm and a thickness of 100 zm, and disk-shaped gold electrodes with a diameter of 4.5 mm and a thickness of 0.3 zm are formed on both sides. The quartz oscillator 20 was washed with ethanol, immersed in an ethanol solution of mercaptopropionic acid at a concentration of 1 mol / 1, washed with ethanol again, further washed with pure water, and dried. Thereby, the surface of the crystal unit 20 can be subjected to the hydrophilic treatment, and the surface can be negatively charged by introducing the OH— group. The charging is still saturated.
こうして用意した基板 10と水晶振動子 20とを、 第 7図に示す装置に導入 して成膜を開始した。収容槽 110および 210からの引き上げタイミングは、 周波数検出部 50によって検出された周波数の変化量 が、 所定の基準値 f ref = 250 H zに到達したタイミングとし、 収容槽 120, 130, 140 および収容槽 220, 230, 240のリンス浴には、 それそれ 2分間, 1分 間, 1分間だけ浸すように制御した。 以上の結果、 第 8図に示すような均等膜 厚からなる交互吸着膜が形成できた。 各層 A, Bの膜厚はいずれもほぼ 1 On m程度であった。 The substrate 10 and the crystal unit 20 thus prepared were introduced into the apparatus shown in FIG. 7, and film formation was started. The lifting timing from the storage tanks 110 and 210 is the timing when the amount of change in the frequency detected by the frequency detection unit 50 reaches a predetermined reference value f ref = 250 Hz. Rinsing baths in tanks 220, 230, and 240 were controlled so that they were immersed for 2 minutes, 1 minute, and 1 minute, respectively. As a result, an alternate adsorption film having a uniform film thickness as shown in FIG. 8 was formed. The thickness of each of the layers A and B was about 1 Onm.
<<< 第 2の実施例 >>> <<< Second embodiment >>>
この実施例では、 第 7図に示す装置の収容槽 110内に入れる正の荷電粒子 を含む溶液として、 正に帯電したミセル溶液を用いた。 具体的には、 フヱライ ト微粒子としてバリウムフェライ ト (BaFe12〇19) を、 親水基に正の電荷 をも った界面活性剤と して C T AB ( Cethyltrimethyl Ammonium Bromide) を、 それそれ水に分散させてミセル溶液を作成した。 各成分の濃度
は、 ノ リウムフェライ トが 1 X 1 0— 4mol/ 1、 C T A Bが 1 x 1 0一3 mol/ 1 となるようにした。 この水溶液に超音波を与えると、 第 1 3図に示すように、 表面が正に帯電したミセルが形成された。 一方、 収容槽 2 1 0内に入れる負の 荷電粒子を含む溶液 (こちらは、 電解質ポリマー水溶液) として、 ポリアクリ ル酸の 1 0— 2mol/ 1の濃度の水溶液を用いた。 その他の条件については、 上 述した第 1の実施例と全く同様である。 ただし、 収容槽 1 1 0内の溶液に対し ては、 常に超音波を与えるようにし、 効率良くミセルが形成される状態を維持 するようにした。 産 業 上 の 利 用 可 能 件 In this example, a positively charged micelle solution was used as a solution containing positively charged particles to be put into the storage tank 110 of the apparatus shown in FIG. Specifically, dispersing barium Blow wells as Fuwerai preparative particles (BaFe 12 〇 19), a and a surfactant Tsu also positive charge hydrophilic groups CT AB (Cethyltrimethyl Ammonium Bromide), it it water In this way, a micelle solution was prepared. Concentration of each component Is Bruno Riumuferai bets is 1 X 1 0- 4 mol / 1 , CTAB was set to be 1 x 1 0 one 3 mol / 1. When ultrasonic waves were applied to this aqueous solution, micelles whose surface was positively charged were formed as shown in FIG. On the other hand, an aqueous solution of polyacrylic acid having a concentration of 10 to 2 mol / 1 was used as a solution containing negatively charged particles to be placed in the storage tank 210 (here, an aqueous solution of an electrolyte polymer). Other conditions are exactly the same as in the first embodiment described above. However, ultrasonic waves were always applied to the solution in the storage tank 110 so that the micelles were efficiently formed. Industrial availability
本発明に係る交互吸着膜は、各種電子機器のディスプレイ用の発光素子、種々 のセンサ、 プリント基板、 集積回路、 光導波路、 光ファイバ一、 コンタクトレ ンズのような生体関連材料、 表面塗装など、 広い分野にわたって利用すること ができる。 たとえば、 第 8図〜第 1 1図に示されている構造体において、 左端 の基板 1 0として I T O電極を用い、 右端の薄膜 Bの表面にアルミニウム電極 などを蒸着形成し、 両電極間に電圧を印加すれば、 光導電性を有する材料から なる各層の側部露出面から光が放出されるので、 これらの構造体を発光素子(E L素子) として利用することができる。 特に、 第 1 0図に示す構造体において、 薄膜 Bからなる層を発光層として用い、 薄膜 Aからなる層を電子やホールの輸 送層または絶縁層として利用するようにすれば、 効率的な発光素子を形成する ことが可能である。 また、 両電極間に生じる光電流ゃ両電極間の電気抵抗など、 これらの構造体部分に関する電気的特性の変化を測定する回路を付加すれば、 種々のセンサを実現することが可能である。 たとえば、 各層を構成する薄膜材 料として光導電性を有する材料を用いれば、 これらの構造体を光センサとして 利用することができるし、 熱によって電気的特性が変化する材料を用いれば、 熱センサとして利用することができる。 また、 第 9図や第 1 1図に示す構造体
では、 表層部と深部とで屈折率などの光学的な性質が異なるので、 光ファイバ 一などの光導波路や光学レンズを形成することが可能になり、 更に、 表層部と 深部とで電気抵抗などの電気的な性質も異なるので、 プリント基板や集積回路 の配線部を形成することも可能になる。 また、 これらの構造体の表面は電荷を 帯びているため、 雰囲気中の荷電粒子を吸着する性質を有している。 この性質 を利用すれば、 煙やガスなどを検出するガスセンサやバイォセンサとして利用 することも可能であるし、 煙やガスを吸着除去するためのフィル夕として利用 することも可能である。
The alternate adsorption film according to the present invention can be used for light-emitting elements for displays of various electronic devices, various sensors, printed circuit boards, integrated circuits, optical waveguides, optical fibers, biomaterials such as contact lenses, surface coating, etc. It can be used in a wide range of fields. For example, in the structure shown in FIGS. 8 to 11, an ITO electrode is used as the substrate 10 on the left end, an aluminum electrode or the like is deposited on the surface of the thin film B on the right end, and a voltage is applied between the two electrodes. When light is applied, light is emitted from the side exposed surface of each layer made of a photoconductive material, so that these structures can be used as a light emitting element (EL element). In particular, in the structure shown in FIG. 10, if the layer composed of the thin film B is used as a light emitting layer and the layer composed of the thin film A is used as a transport layer or an insulating layer for electrons and holes, efficient operation is possible. A light-emitting element can be formed. In addition, various sensors can be realized by adding a circuit for measuring a change in electrical characteristics of these structural parts such as a photocurrent generated between the electrodes and an electric resistance between the electrodes. For example, if a photoconductive material is used as the thin film material constituting each layer, these structures can be used as an optical sensor. If a material whose electrical characteristics change due to heat is used, a thermal sensor can be used. Can be used as The structure shown in Fig. 9 and Fig. 11 In this case, the optical properties such as the refractive index are different between the surface portion and the deep portion, so that it is possible to form an optical waveguide such as an optical fiber or an optical lens, and further, the electrical resistance and the like between the surface portion and the deep portion. Since the electrical properties of these are also different, it is also possible to form printed circuit boards and wiring sections for integrated circuits. In addition, since the surfaces of these structures are charged, they have the property of adsorbing charged particles in the atmosphere. If this property is used, it can be used as a gas sensor or biosensor for detecting smoke or gas, or it can be used as a filter to adsorb and remove smoke or gas.