(57)【要約】【課題】  単分子膜形成用溶液中の水分濃度の管理が容易であり、単分子膜の形成に適した単分子膜形成装置を提供する。【解決手段】  単分子膜形成装置１０は、単分子膜を形成するための溶液２０と水２１とを相分離状態で貯溜する溶液槽２２と、溶液槽２２内の溶液２０の相を攪拌する攪拌機構２３と、溶液２０中の水分濃度を調整する調整機構２４とを備える。調整機構２４は、溶液槽２２における溶液２０と水２１との界面２８の面積を調整する。【選択図】    図２
2006075686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材表面に単分子膜を形成するための装置であって、
単分子膜を形成するための溶液と水とを相分離状態で貯溜する溶液槽と、
前記溶液槽内の前記溶液の相を攪拌する攪拌機構と、
前記溶液中の水分濃度を調整する調整機構と、を備え、
前記調整機構は、前記溶液槽における前記溶液と水との界面の面積を調整する、ことを
特徴とする単分子膜形成装置。
【請求項２】
前記溶液槽の底面は、水平面に対して斜めに配設される斜面を含み、
前記調整機構は、前記溶液槽における前記界面の高さを前記斜面の形成範囲内で調整す
る、ことを特徴とする請求項１に記載の単分子膜形成装置。
【請求項３】
前記溶液槽において、水の相の上に前記溶液の相が配され、
前記調整機構は、前記溶液槽における水の相の位置に接続され、かつ水の供給及び排出
を行う水供給系を含む、ことを特徴とする請求項２に記載の単分子膜形成装置。
【請求項４】
前記水供給系による水の供給位置は、前記溶液槽における底面が深い側の側壁近傍であ
る、ことを特徴とする請求項３に記載の単分子膜形成装置。
【請求項５】
前記攪拌機構は、前記溶液を循環させる循環ポンプと、該循環ポンプを介した前記溶液
槽内での前記溶液の循環流れを制御する流れ制御板とを有する、ことを特徴とする請求項
１から請求項４のいずれかに記載の単分子膜形成装置。
【請求項６】
前記流れ制御板は、前記溶液の相を上下２つの領域に分けるように、前記界面と略平行
に配されており、
前記循環流れは、前記流れ制御板と前記界面との間で、前記界面に沿った前記溶液の流
れを含む、ことを特徴とする請求項５に記載の単分子膜形成装置。
【請求項７】
前記溶液槽には、前記循環ポンプに対する前記溶液の流入口と流出口とが設けられ、
前記流入口と前記流出口とは、前記流れ制御板を挟んで両側に分かれて配されている、
ことを特徴とする請求項６に記載の単分子膜形成装置。
【請求項８】
前記流れ制御板で分けられる２つの領域のうち、前記界面に接する領域の側に前記流出
口が配され、他の領域の側に前記流入口が配される、ことを特徴とする請求項７に記載の
単分子膜形成装置。
【請求項９】
前記溶液槽における前記流出口から離れた位置に、前記流れ制御板によって分けられる
２つの領域を連絡するための連絡口が設けられている、ことを特徴とする請求項５から請
求項８のいずれかに記載の単分子膜形成装置。
【請求項１０】
前記連絡口の配設位置は、前記溶液槽における底面が深い側の側壁近傍である、ことを
特徴とする請求項９に記載の単分子膜形成装置。
【請求項１１】
前記攪拌機構はさらに、前記溶液に含まれる不純物を除去するフィルタを有する、こと
を特徴とする請求項５から請求項１０のいずれかに記載の単分子膜形成装置。
【請求項１２】
前記溶液槽の上部には、前記基材を出し入れするための投入口と、湿度を制御する湿度
制御機構とが配設されている、ことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記
載の単分子膜形成装置。
【請求項１３】
前記溶液槽へ投入する前の前記基材に対して前処理を行う前処理装置をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載の単分子膜形成装置。
【請求項１４】
前記溶液槽に投入した後の前記基材に対して後処理を行う後処理装置をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載の単分子膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単分子膜形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば金属配線の製造過程などにおいて、基板の表面に撥液性の単分子膜を形成する必
要があり、そのような単分子膜としては、例えば、フッ化アルキルシランや、オクタデシ
ルシラン等を用いて成膜された単分子膜が知られている。
【０００３】
そのような単分子膜の形成方法として、加水分解性基を有する物質を特定の触媒、及び
水で処理した単分子膜形成用の溶液を用いる方法が知られている（例えば、特許文献１参
照）。
【特許文献１】国際公開第０３／０７６０６４号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
加水分解性基を有する物質を用いた単分子膜形成技術では、膜形成時におけるその溶液
中の水分濃度を安定的に管理する必要がある。
【０００５】
本発明は、単分子膜形成用溶液中の水分濃度の管理が容易であり、単分子膜の形成に適
した単分子膜形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の単分子膜形成装置は、基材表面に単分子膜を形
成するための装置であって、単分子膜を形成するための溶液と水とを相分離状態で貯溜す
る溶液槽と、前記溶液槽内の前記溶液の相を攪拌する攪拌機構と、前記溶液中の水分濃度
を調整する調整機構と、を備え、前記調整機構は、前記溶液槽における前記溶液と水との
界面の面積を調整する、ことを特徴とする。
【０００７】
この単分子膜形成装置では、溶液槽内で単分子膜形成用の溶液と水とが相分離状態で貯
溜されるとともに、溶液の相が攪拌機構によって攪拌される。この場合、溶液と水との界
面の面積が変化することにより、溶液と水との接触面積が変化し、それに伴い、溶液中の
水分濃度が変化する。すなわち、この装置では、調整機構によって溶液槽内での界面面積
を調整することにより、単分子膜形成時における溶液中の水分濃度を比較的容易に管理す
ることが可能である。
【０００８】
上記の装置において、前記溶液槽の底面は、水平面に対して斜めに配設される斜面を含
み、前記調整機構は、前記溶液槽における前記界面の高さを前記斜面の形成範囲内で調整
するとよい。
これにより、斜面の形成範囲内で界面高さが変化すると、界面の面積が変化する。その
ため、この装置では、界面高さの調整により、溶液の水分濃度が容易に調整される。
【０００９】
具体的には、前記溶液槽において、水の相の上に前記溶液の相が配され、前記調整機構
は、前記溶液槽における水の相の位置に接続され、かつ水の供給及び排出を行う水供給系
を含むとよい。
水供給系によって溶液槽内の水の量を調整することにより、溶液槽における界面高さを
容易に変化させることができる。
【００１０】
この場合、前記水供給系による水の供給位置は、前記溶液槽における底面が深い側の側
壁近傍であることにより、水の供給に伴う界面の乱れが比較的小さくなる。界面の乱れの
抑制により、溶液の乳化（エマルジョン）等が抑制され、高純度で緻密な膜形成が可能と
なる。
【００１１】
また、上記の装置において、前記攪拌機構は、前記溶液を循環させる循環ポンプと、該
循環ポンプを介した前記溶液槽内での前記溶液の循環流れを制御する流れ制御板とを有す
るとよい。
溶液槽内での循環流れの制御により、溶液と水との界面の乱れを抑制し、その結果、高
純度で緻密な膜形成が可能となる。
【００１２】
具体的には、前記流れ制御板は、前記溶液の相を上下２つの領域に分けるように、前記
界面と略平行に配されており、前記循環流れは、前記流れ制御板と前記界面との間で、前
記界面に沿った前記溶液の流れを含むとよい。
流れ制御板と界面との間を、界面に沿って溶液が流れることにより、界面の乱れが抑制
される。
【００１３】
この場合、前記溶液槽には、前記循環ポンプに対する前記溶液の流入口と流出口とが設
けられ、前記流入口と前記流出口とは、前記流れ制御板を挟んで両側に分かれて配されて
いるのが好ましい。
より具体的には、前記流れ制御板で分けられる２つの領域のうち、前記界面に接する領
域の側に前記流出口が配され、他の領域の側に前記流入口が配されるとよい。
これにより、流入口と界面との間に流れ制御板が配される。そのため、循環ポンプから
流入した溶液の流れの影響が流れ制御板で緩和され、界面の乱れが防止される。
【００１４】
また、前記溶液槽における前記流出口から離れた位置に、前記流れ制御板によって分け
られる２つの領域を互いに連絡するための連絡口が設けられているのが好ましい。
これにより、循環ポンプから流入口を介して流入した溶液は、連絡口を介して、流れ制
御板を挟んだ反対側の領域に流れる。流出口から離れた位置に連絡口が設けられているこ
とから、流れ制御板と界面との間を、連絡口から流出口に向かって溶液が安定して流れ、
その結果、界面の乱れが抑制される。
【００１５】
この場合、前記連絡口の配設位置は、前記溶液槽における底面が深い側の側壁近傍であ
るのが好ましい。
これにより、連絡口を通過した溶液の流れによる界面の乱れが比較的小さくなる。
【００１６】
また、上記の装置において、前記攪拌機構はさらに、前記溶液に含まれる不純物を除去
するフィルタを有するとよい。
フィルタによって溶液から不純物を除くことで、高純度で緻密な膜形成が可能となる。
【００１７】
また、上記の装置において、前記溶液槽の上部には、前記基材を出し入れするための投
入口と、湿度を制御するする湿度制御機構とが配設されているとよい。
湿度制御機構によって液面上の湿度が制御されることにより、溶液の水分濃度をより安
定的に調整することができる。
【００１８】
また、上記の装置において、前記溶液槽へ投入する前の前記基材に対して前処理を行う
前処理装置をさらに備えてもよい。
さらに、前記溶液槽に投入した後の前記基材に対して後処理を行う後処理装置をさらに
備えてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の単分子膜形成装置の実施の形態の一例を示す模式図である。
図１において、単分子膜形成装置１０は、前処理部１１、溶液処理部１２、後処理部１
３、及び基板搬送部１４等を含んで構成されている。基板搬送部１４は、各処理部１１，
１２，１３間で基板１５を搬送するとともに、各処理部１１，１２，１３における処理位
置と搬送位置との間の基板１５の出し入れを行うものであり、搬送アームやガイドレール
等を含んで構成される。
【００２０】
前処理部１１は、基板１５の表面を洗浄するとともに、基板１５の表面を親水性に処理
するものであり、本例では、基板１５に対してＵＶ光を照射するＵＶ照射機構を有してい
る。なお、前処理は、ＵＶ照射処理に限らず、洗浄液を用いた液処理を行ってもよく、プ
ラズマ処理を行ってもよい。
溶液処理部１２は、ディップ法により基板１５表面に単分子膜を形成するものである。
すなわち、溶液処理部１２では、単分子膜形成用の溶液中に基板１５が所定時間浸漬処理
される。このとき、基板搬送部１４によって溶液の液面に対して基板を一定の速度で動か
して出し入れしてもよい。
また、後処理部１３は、単分子膜形成後の基板１５を洗浄するものであり、本例では、
洗浄液を貯溜する洗浄槽、及び洗浄槽内に設置され超音波を発振する超音波発振器等を有
している。
【００２１】
図２は、単分子膜形成装置１０における溶液処理部１２の構成を示す模式図であり、図
３は、図２に示すＡ−Ａ断面模式図である。
溶液処理部１２は、単分子膜を形成するための溶液２０と水２１とを相分離状態で貯溜
する溶液槽２２、溶液槽２２内の溶液２０の相を攪拌する攪拌機構２３、溶液２０中の水
分濃度を調整する調整機構２４等を有している。
【００２２】
溶液槽２２は、断面が略矩形の箱形状からなり、上部には基板１５を出し入れするため
の投入口２２ａが設けられている。また、溶液槽２２の上部には、湿度を制御する湿度制
御機構３０が配設されている。湿度制御機構３０は、湿度センサ、加湿器等を有しており
、溶液槽２２の液面上の湿度を目標範囲内に制御する。
【００２３】
また、溶液槽２２の底面２２ｂは、全体的に水平面に対して斜めに配設されている。後
述するように、溶液槽２２においては、溶液２０の相と水２１の相との界面２８の高さが
底面２２ｂの傾斜範囲内で調整される。
【００２４】
攪拌機構２３は、溶液２０を循環させる循環ポンプ４０、循環ポンプ４０を介した溶液
槽２２内での溶液２０の循環流れを制御する流れ制御板４１、及び溶液２０に含まれる不
純物を除去するフィルタ４２等を有している。
【００２５】
流れ制御板４１は、溶液槽２２内の溶液２０の相を上下２つの領域に分けるように、界
面と略平行（すなわち略水平）に配設されている。より具体的には、流れ制御板４１は、
溶液槽２２における底浅側の側壁２２ｃを基端として、対向する底深側の側壁２２ｄに向
かって略水平に延在している。流れ制御板４１の先端４１ａと側壁２２ｄとの間は所定の
隙間が設けられており、この隙間により溶液循環用の連絡口４３が形成されている。なお
、上記底浅側とは、傾斜している溶液槽２２の底面２２ｂの高い側であり、上記底深側と
は、同底面２２ｂの低い側である。
【００２６】
また、溶液槽２２には、循環ポンプ４０から溶液槽２２内に溶液２０を流入させるため
の流入口４４と、溶液槽２２から循環ポンプ４０に向けて溶液２０を流出させるための流
出口４５とが設けられている。流入口４４及び流出口４５はそれぞれ、底浅側の側壁２２
ｃに配設され、また、流れ制御板４１を挟んで両側に分かれて配されている。すなわち、
流れ制御板４１で分けられる２つの領域のうち、界面２８に接する領域の側に流出口４５
が配され、他の領域の側に流入口４４が配されている。
【００２７】
調整機構２４は、溶液槽２２における界面２８の高さを底面２２ｂ（斜面）の形成範囲
内で調整し、これにより、溶液２０中の水分濃度を調整するものであり、溶液槽２２内の
水の量を調整するための水供給系５０を有している。
【００２８】
水供給系５０は、不図示の水供給源と、水供給源と溶液槽２２とを接続する配管５１と
、配管５１に配設されるバルブ５２，５３，５４とを含む。配管５１は、底深側の側壁２
２ｄに接続され、その接続位置は、界面２８よりも低い位置（水の相の位置）であり、水
給排時の界面２８の乱れを防ぐために、なるべく最深部に近いのが好ましい。水供給系５
０では、バルブ５２を開、バルブ５３を開、バルブ５４を閉にすることにより、溶液槽２
２内に水が供給される。また、バルブ５２を閉、バルブ５３を開、バルブ５４を開にする
ことにより、溶液槽２２内から水が排出される。なお、バルブ５２，５３，５４の開閉動
作は自動で行ってもよく手動で行ってもよい。
【００２９】
上記構成の溶液処理部１２では、溶液槽２２内で単分子膜形成用の溶液２０と水２１と
が相分離状態（溶液２０が上相、水２１が下相）で貯溜される。そして、溶液２０と水２
１との界面２８の面積が変化することにより、溶液２０と水２１との接触面積が変化し、
それに伴い、溶液２０中の水分濃度が変化する。
【００３０】
すなわち、調整機構２４における水供給系５０によって溶液槽２２内の水の量が調整さ
れることにより、界面２８の高さが調整される。このとき、界面２８高さの調整範囲は、
傾斜した底面２２ｂの形成範囲内である。斜面（底面２２ｂ）の形成範囲内で界面２８高
さが変化すると、界面２８の面積が変化する。本例では、界面２８高さが高くなると、界
面２８の面積、すなわち溶液２０と水２１との接触面積が大きくなり、溶液２０中の水分
濃度が上昇する。一方、界面２８高さが低くなると、界面２８の面積、すなわち溶液２０
と水２１との接触面積が小さくなり、溶液２０中の水分濃度が低下する。このように、溶
液処理部１２では、界面２８高さの変化により、溶液２０中の水分濃度が調整される。な
お、水分濃度の調整は、センサ等を介して自動で行ってもよく、手動で行ってもよい。
【００３１】
また、溶液槽２２内の溶液２０の相は、攪拌機構２３によって攪拌されて均質化される
。すなわち、攪拌機構２３では、循環ポンプ４０によって溶液槽２２内の溶液２０を循環
させる。具体的には、流れ制御板４１の上方において、循環ポンプ４０から溶液が流入す
るとともに、流れ制御板４１の下方において、溶液槽２２内の溶液２０が循環ポンプ４０
に向けて流出する。溶液槽２２に流入した溶液２０は、連絡口４３を通って、流れ制御板
４１の下方に流れる。流れ制御板４１の下方では、流れ制御板４１と界面２８との間を、
界面２８に沿って溶液２０が流れる。
【００３２】
上記循環流れにおいて、循環ポンプ４０からの流入口４４は流れ制御板４１の上方であ
り、流入口４４と界面２８との間に流れ制御板４１が配されることから、循環ポンプ４０
から流入した溶液２０の流れの影響が流れ制御板４１で緩和され、界面２８の乱れが防止
される。また、連絡口４３の配設位置は、溶液槽２２における底面２２ｂが深い側の側壁
２２ｄ近傍であることから、流れ制御板４１の上方から下方に向かう溶液２０が界面２８
とぶつかるものの、水２１の相の揺れが小さく、界面２８の乱れが抑制される。さらに、
連絡口４３から離れた対向位置である側壁２２ｃに流出口４５が設けられていることから
、流れ制御板４１と界面２８との間を、界面２８に沿って溶液２０が安定的に流れる。な
お、本例では、水供給系５０による水の供給位置が、溶液槽２２における底面２２ｂが深
い側の側壁２２ｄ近傍であり、この点からも、水の供給に伴う界面の乱れが比較的小さく
抑制される。
【００３３】
循環流れに伴う界面２８の乱れが抑制されることにより、溶液２０の乳化（エマルジョ
ン）等が抑制され、高純度で緻密な膜形成が可能となる。乳化等により溶液２０中に生じ
た不純物（スラリー）は、フィルタ４２を介して適宜除去される。
【００３４】
また、溶液槽２２の上部では、湿度制御機構３０によって溶液２０の液面上の湿度が制
御されることにより、溶液２０中の水分濃度がより安定的に調整される。
【００３５】
このように、本例の単分子膜形成装置１０によれば、溶液処理部１２において、単分子
膜形成用の溶液中の水分濃度が安定的に管理される。そのため、加水分解性基を有する物
質を用いてつくった単分子膜形成溶液を用いることにより、単分子膜を短時間で形成でき
る。
【００３６】
なお、単分子膜形成用の溶液、基板（基材）、及び処理プロセス等に関しては、国際公
開第０３／０７６０６４号パンフレットに記載の技術が援用可能である。
【００３７】
また、単分子膜は、金属配線の製造過程などにおいて、基板の表面に撥液性を付与する
ために用いられる。単分子膜を用いて製造する金属配線は、プラズマディスプレイパネル
（ＰＤＰ）、液晶配向膜、液晶カラーフィルタ、有機ＥＬ装置、マイクロレンズ、回路基
板など様々な電子デバイスや電子部品に適用される。
【００３８】
（実施例）
次に、上記単分子膜形成装置を用いて基板に単分子膜を形成した実施例について説明す
る。
単分子膜形成溶液として、国際公開第０３／０７６０６４号パンフレットに記載の単分
子膜形成溶液を用いた。基板として、ガラス基板（ＰＤ−２００：旭硝子株式会社製）を
用いた。
【００３９】
まず、ガラス基板に対して前洗浄を行った。前洗浄は、ガラス基板に対してＵＶ照射を
行い、基板表面を親水面にした。
【００４０】
次に、ディップ法によりガラス基板上に単分子膜を形成した。すなわち、単分子膜形成
溶液と水とが相分離状態で貯溜された溶液槽に基板を浸漬した。溶液の温度は２５〜３０
℃が好ましく、溶液中の水分濃度は１００〜５００ｐｐｍが好ましい。本例では、溶液の
温度を２５℃、溶液中の水分濃度を３００ｐｐｍとした。水分濃度の調整は、溶液槽中の
水の量を増減させ、溶液と水との界面の面積を変化させることにより行った。また、溶液
の液面に対して垂直に一定の速度で基板を動かして基板の出し入れ（揺動）を行った。所
定時間経過の後、溶液中から単分子膜が形成された基板を取り出した。このとき、エアナ
イフにより基板表面の液体を除去した。
【００４１】
次に、単分子膜が形成されたガラス基板に対して後洗浄を行った。洗浄液としては、Ｎ
Ｓクリーン１００（株式会社ジャパンエナジー製）を用いた。このとき、洗浄槽内に設置
された超音波発信器により基板に対して超音波洗浄を行った。所定時間経過の後、洗浄液
中から基板を取り出した。このとき、エアナイフにより基板表面の液体を除去した。この
後、乾燥を６０℃で行った。
【００４２】
以上の工程により、テトラデカンで接触角３６°の均一な撥液性を有する単分子膜が基
板表面に形成された。
【００４３】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発
明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記
載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明
らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の単分子膜形成装置の実施の形態の一例を示す模式図。
【図２】単分子膜形成装置における溶液処理部の構成を示す模式図。
【図３】図２に示すＡ−Ａ断面模式図。
【符号の説明】
【００４５】
１０…単分子膜形成装置、１１…前処理部、１２…溶液処理部、１３…後処理部、１４
…基板搬送部、１５…基板（基材）、２０…溶液、２１…水、２２…溶液槽、２２ａ…投
入口、２２ｂ…底面（傾斜面）、２２ｃ，２２ｄ…側壁、２３…攪拌機構、２４…調整機
構、２８…界面、３０…湿度制御機構、４０…循環ポンプ、４１…流れ制御板、４１ａ…
先端、４２…フィルタ、４３…連絡口、４４…流入口、４５…流出口、５０…水供給系、
５１…配管、５２，５３，５４…バルブ。
【図１】
2006075686.tif 000003
【図２】
2006075686.tif 000004
【図３】
2006075686.tif 000005