JP2004022401A - 有機膜形成装置および有機膜形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】気相の状態にした有機原料を、温度制御された基板の全面に供給できるようにする。
【解決手段】有機原料１２を気化昇華室５で気化または昇華して原料ガスが生成される。この原料ガスにキャリアガスが混合され、原料ガス輸送管６で膜形成チャンバー４に輸送される。原料ガス輸送管６で輸送された原料ガスはインジェクター１８から基板３へ向けて放出されるが、基板ホルダ２は回転動作を行うことで基板３を回転させ、原料ガスを基板３の全面に供給できるようにする。また、基板ホルダ２には配管７ａ，７ｂによって冷却媒体が供給され、保持している基板３の冷却が行われる。これにより、基板３内での膜厚分布が均一で良好な有機膜を形成できる。
【選択図】 図１
【解決手段】有機原料１２を気化昇華室５で気化または昇華して原料ガスが生成される。この原料ガスにキャリアガスが混合され、原料ガス輸送管６で膜形成チャンバー４に輸送される。原料ガス輸送管６で輸送された原料ガスはインジェクター１８から基板３へ向けて放出されるが、基板ホルダ２は回転動作を行うことで基板３を回転させ、原料ガスを基板３の全面に供給できるようにする。また、基板ホルダ２には配管７ａ，７ｂによって冷却媒体が供給され、保持している基板３の冷却が行われる。これにより、基板３内での膜厚分布が均一で良好な有機膜を形成できる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機原料を気相に変化させた原料ガスを、キャリアガスで基板上に輸送して薄膜を形成する有機膜形成装置および有機膜形成方法に関する。詳しくは、基板を移動させながら原料ガスを供給し、かつ、基板の冷却も同時に行うことで、均質で良好な有機膜を形成できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ（エレクトロルミネンス）素子は発光層に有機物を利用した発光材料である。この有機ＥＬ素子は、コンピュータやテレビジョン受信機に使用されるフラットパネルディスプレイや、携帯電話のディスプレイや、ＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）と呼ばれる携帯端末のディスプレイ等の各種表示装置を構成する発光材料として、また、発光ダイオード等の発光素子として用いられる。
【０００３】
図７は有機ＥＬ素子の構造の一例を示す説明図である。有機ＥＬ素子１０１は、ガラス等の透明基板１０２の上に陽極であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）透明電極１０３、有機膜１０４、陰極である背面電極１０５を順に積層したものである。有機膜１０４は、ＩＴＯ透明電極１０３側から、正孔注入層１０４ａ、正孔輸送層１０４ｂ、発光層１０４ｃ、電子輸送層１０４ｄ、そして電子注入層１０４ｅを順に積層したものである。
【０００４】
ＩＴＯ透明電極１０３−背面電極１０５間に電圧が印加されると、ＩＴＯ透明電極１０３からプラス電荷（正孔）が注入され、背面電極１０５からマイナス電荷（電子）が注入され、それぞれ有機膜１０４を移動する。そして、発光層１０４ｃ内で電子−正孔がある確率で再結合し、この再結合の際に所定の波長を持った光が発生するものである。
【０００５】
なお、有機膜１０４の構成としては、正孔注入層１０４ａと正孔輸送層１０４ｂを１層で構成したもの、電子輸送層１０４ｄと電子注入層１０４ｅを１層で構成したもの、発光層１０４ｃと電子輸送層１０４ｄと電子注入層１０４ｅを１層で構成したもの等がある。
【０００６】
図８はこのような有機ＥＬ素子を用いて構成した有機ＥＬカラーディスプレイの概要を示す平面図、図９は有機ＥＬカラーディスプレイの要部斜視図である。有機カラーディスプレイ１０６は、透明基板１０２の上にＩＴＯ透明電極１０３がストライプ状に形成される。また、有機膜１０４がＩＴＯ透明電極１０３と直交するようにストライプ状に形成され、有機膜１０４上に背面電極１０５が形成されて、ＩＴＯ透明電極１０３と有機膜１０４および背面電極１０５をマトリクス状に配置する。これにより、電圧が印加されたＩＴＯ透明電極１０３と背面電極１０５の交点の有機膜１０４が発光する。
【０００７】
そして、有機膜１０４として、赤（Ｒ）に発光する有機膜１０４Ｒと緑（Ｇ）に発光する有機膜１０４Ｇと青（Ｂ）に発光する有機膜１０４Ｂを順に並べることで、ＲＧＢによる画素が形成され、カラーの表示が可能となる。
【０００８】
そして、図８等に示すカラーディスプレイを作成する場合は、マスクを用いて有機膜の形成を行う。図１０はマスクを使用した膜堆積工程の一例を示す断面図である。マスク１１４は、ストライプ状のパターン１１５を有する。このマスク１１４を基板１１１に密着させるため磁石を用いる。すなわち、マスク１１４を磁性体で構成し、基板１１１を保持する図示しない機構に永久磁石や電磁石から構成される磁化部材１１６を設ける。そして、基板１１１をこの磁化部材１１６に載せ、この基板１１１にマスク１１４を載せることで、マスク１１４は磁化部材１１６の磁力で基板１１１に密着する。
【０００９】
そして、Ｒ，Ｇ，Ｂの有機膜を形成するため、まず、マスク１１４を所定の位置に取り付けて図９に示す有機膜１０４Ｒを形成し、次にマスク１１４の取り付け位置を１／３ピッチずらして有機膜１０４Ｇを形成し、次にマスク１１４の取り付け位置を１／３ピッチずらして有機膜１０４Ｂを形成するものである。
【００１０】
さて、低分子の有機物を用いた有機膜の形成は、従来は真空蒸着法を用いていた。真空蒸着法とは、原材料を高真空中で加熱蒸発させ、蒸発源と対向する基板上に原材料を吸着させることで薄膜を形成する方法である。
【００１１】
これに対して、真空蒸着法とは異なる新しい有機膜形成法として、有機気相蒸着法（ｏｒｇａｎｉｃ ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と呼ばれる方法が、特表２００１−５２３７６８に開示されている。
【００１２】
図１１は有機気相蒸着法を用いた従来の有機膜形成装置の説明図で、以下に特表２００１−５２３７６８に開示されている装置の概要を説明する。チャンバー１２０は内部を外気と遮断する例えば略筒状の容器であり、内部に基板１１１を保持する基板ホルダ１２１が設けられる。
【００１３】
チャンバー１２０には２本の配管１２２が設けられる。それぞれの配管１２２の一方の端部は開口しており、この開口部の近傍に原料容器１２３が設けられる。原料容器１２３は図示しない通電機構を備え、原料容器１２３に有機原料を入れて通電すると、原料容器１２３が抵抗発熱することにより有機原料が間接的に加熱され、気化または昇華して原料ガスが発生する。
【００１４】
配管１２２の他方の端部はタンク１２４と接続される。また、配管１２２の途中には、調整バルブ１２５と、圧力調整器１２６ａと、流量計１２６ｂと、切替バルブ１２６ｃとを備える。タンク１２４には各種有機原料に対して不活性なＮ２（窒素）等のガスが入れられ、圧力および流量が制御されたキャリアガスとして配管１２２に供給される。
【００１５】
これにより、配管１２２内で有機原料を気化あるいは昇華させて生成した原料ガスは、キャリアガスと混合してチャンバー１２０内に送られ、基板１１１に吸着して有機膜を形成する。
【００１６】
原料容器１２３には固相の有機原料が入れられるのに対して、原料槽１２７には液相の有機原料１２８が入れられる。この原料槽１２７にはタンク１２４とつながる配管１２２と、チャンバー１２０とつながる配管１２９が接続される。この配管１２２には、圧力調整器１２６ａと、流量計１２６ｂと、切替バルブ１２６ｃとを備える。
【００１７】
これにより、配管１２２から供給されるキャリアガスは気泡として有機原料１２８内を通り、蒸気となった有機原料を配管１２９でチャンバー１２０内へと送る。また、原料槽１２７の少なくとも有機原料１２８が入れられる高さまでを液体１３０に浸す温度制御槽１３１を設け、図示しないヒータで液体１３０の温度を制御することで、原料槽１２７内の有機原料１２８の温度を制御する。また、チャンバー１２０の周囲には加熱冷却器１３２が設けられる。この加熱冷却器１３２はチャンバー１２０内の温度制御を行う。
【００１８】
チャンバー１２０には排気管１３３が設けられ、この排気管１３３にトラップタンク１３４、スロットバルブ１３５および真空ポンプ１３６が取り付けられる。真空ポンプ１３６はチャンバー１２０内を排気して、該チャンバー１２０内を真空にする。スロットバルブ１３５はチャンバー１２０内の圧力を調整するもので、チャンバー１２０に取り付けた図示しない圧力計の出力がスロットバルブ１３５へ電気的にフィードバックされ、チャンバー１２０内が所望の真空度を維持するように制御される。また、基板１１１上に吸着しなかった有機原料等はトラップタンク１３４で凝縮させ、スロットバルブ１３５や真空ポンプ１３６に到達しないようにしてある。
【００１９】
このような装置を用いる有機気相蒸着法は、減圧下で原料ガスをキャリアガスを用いて基板へと運び、基板上でガスが凝縮して膜形成が行われる有機膜形成方法である。これにより、従来の真空蒸着法ではできなかった、原料を気化または昇華させるための温度制御と、原料を基板へ送るキャリアガスの流量制御等を独立して行えるので、著しく異なる蒸気圧をもつ有機原料を同時蒸着して多成分の薄膜を形成する際に、各成分量を正確に制御することができる。また、減圧下で膜形成を行うため、表面が滑らかな有機膜を形成することができる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
有機気相蒸着法で滑らかな表面性を有する有機膜を形成するには、有機膜の結晶化等は避けなければならないので、高温の原料ガスの輸送による基板の温度上昇を抑制するため、基板の冷却機構が必要である。
【００２１】
また、真空蒸着法では、膜厚分布を均一にするため、基板の回転機構が備えられているものがある。しかしながら、有機気相蒸着法でも真空蒸着法でも、膜の形成中に基板の冷却と基板の移動を同時に行ってはいないので、熱による影響を受けずに良好な有機膜を形成することができなかった。
【００２２】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、膜厚分布が均一でかつ非晶質な有機膜が形成できる有機膜形成装置および有機膜形成方法を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明に係る有機膜形成装置は、基板上に有機物の薄膜を形成する有機膜形成装置において、真空ポンプが接続されたチャンバーと、有機原料を気相に変化させて原料ガスを生成する気化昇華手段と、原料ガスとキャリアガスを混合するキャリアガス導入手段と、キャリアガスにより原料ガスを輸送する原料ガス輸送手段と、原料ガス輸送手段で輸送された原料ガスをチャンバー内に放出する放出手段と、少なくとも１枚の基板を保持し、放出手段に対して基板を移動させる保持手段と、この保持手段に設けられ、保持している基板を冷却する冷却手段とを備えたものである。
【００２４】
本発明に係る有機膜形成装置では、気化昇華手段で有機原料を気相に変化させて原料ガスを生成する。この原料ガスにキャリアガス導入手段でキャリアガスを混合し、このキャリアガスにより、原料ガス輸送手段で原料ガスをチャンバーに輸送する。
【００２５】
チャンバー内では放出手段から原料ガスを放出して、基板に原料ガスを供給する。このとき、保持手段は放出手段に対して基板の位置を移動させることで、原料ガスを基板の全面に供給する。また、保持手段で保持されている基板は冷却手段で冷却されており、基板に吸着した原料ガスは急速に冷却されて非晶質な有機膜となる。これにより、膜厚分布の均一性が向上した良好な有機膜を形成することができる。
【００２６】
また、本発明に係る有機膜形成方法は、基板上に有機物の薄膜を形成する有機膜形成方法において、有機原料を気相の原料ガスへと変化させる気化昇華工程と、原料ガスとキャリアガスを混合するキャリアガス導入工程と、キャリアガスにより原料ガスを基板上へ輸送する原料ガス輸送工程と、原料ガスの流れを制御し得る減圧下のチャンバー内で基板上に有機膜を形成する有機膜堆積工程と、チャンバーの排気工程とを有し、有機膜堆積工程では、基板を原料ガスの流れる方向と交する方向に移動させながら、かつ、基板を冷却しながら有機膜を形成するものである。
【００２７】
本発明に係る有機膜形成方法では、気化昇華工程では有機原料が気相の原料ガスに変化し、キャリアガス導入工程ではこの原料ガスにキャリアガスが混合され、原料ガス輸送工程でキャリアガスにより原料ガスが基板上へと供給される。有機膜堆積工程では供給された原料ガスが基板に吸着して有機膜が形成されるが、このとき、基板を移動させながら、かつ冷却しながら有機膜が形成されるので、基板の全面に原料ガスを供給しつつ、基板に吸着した原料ガスを急速に冷却することで非晶質な有機膜が形成される。これにより、膜厚分布の均一性が向上した良好な有機膜を形成することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の有機膜形成装置の実施の形態を説明する。図１は第１の実施の形態の有機膜形成装置の全体構成図である。第１の実施の形態の有機膜形成装置１は、回転動作を行う基板ホルダ２で基板３を保持することで、気相の有機原料をキャリアガスを用いて基板３へ供給して有機膜を形成する際の膜厚分布を向上させるものである。ここで、基板３とは、図７等で説明した透明ガラス基板１０２にＩＴＯ透明電極を形成したもの、あるいは図示しないＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板等である。
【００２９】
有機膜形成装置１は、基板３を収納する膜形成チャンバー４、有機原料を気化または昇華させる気化昇華室５、気化昇華室５と膜形成チャンバー４をつなぐ原料ガス輸送管６を備える。
【００３０】
保持手段を構成する基板ホルダ２は、膜形成チャンバー４に設けられる。基板ホルダ２は表面側に基板３を保持する機構を有する。また、内部は中空構造で、背面側に接続された２系統の配管７ａ，７ｂから冷却媒体の供給および排出が行われることで、冷却媒体を用いた冷却手段が設けられている。
【００３１】
基板ホルダ２は図示しない駆動手段からの駆動力を受けて回転動作を行うので、配管７ａ，７ｂに対して回転自在となるように、例えば磁気シール２ａを介して配管７ａ，７ｂと基板ホルダ２が接続される。配管７ａからは水や不活性ガスを利用した冷却媒体が基板ホルダ２内に供給される。そして、基板３から熱を吸収した冷却媒体が配管７ｂから排出されるようになっている。ここで、膜形成チャンバー４内で基板３は垂直に保持される。なお、カラーディスプレイに用いる発光材料を製作する場合、図１０に示すマスク１１４が基板３の有機膜形成面に取り付けられる。
【００３２】
膜形成チャンバー４にはヒータ８が設けられる。このヒータ８により、膜形成チャンバー４内の温度が、基板３に吸着する前の有機原料が固化しないような温度を保つように制御される。
【００３３】
また、膜形成チャンバー４には圧力計９と排気管１０が設けられる。この排気管１０に排気手段を構成する図示しない真空ポンプが接続され、圧力計９の出力をフィードバックして、膜形成チャンバー４内の圧力が所定の低真空を保つように制御される。
【００３４】
なお、膜形成チャンバー４に対して基板３を出し入れ自在とするため、例えば膜形成チャンバー４を開閉構造をもつ分割構造とし、閉じたときは機密性が保たれる構成とする。
【００３５】
気化昇華室５は、気化昇華手段を構成し、例えば抵抗加熱法により有機原料を気化または昇華させるもので、チャンバー等の外気と隔離できる容器内にボート形状の原料容器１１を備えたものである。また、この原料容器１１に通電する図示しない通電機構を備える。
【００３６】
原料容器１１は、高融点でかつ有機原料と反応しない例えばＴａ（タンタル）等の材質で作られる。この原料容器１１に通電すると、該原料容器１１が抵抗となって発熱する。これにより原料容器１１に固相（粉末状）の有機原料１２を入れて通電すると、原料容器１１が発熱することにより有機原料１２が間接的に加熱され、気化または昇華する。これにより、Ｈ２ＯやＯ２等の有機原料を変質させる物質から一切隔離された気化昇華室５内は有機原料のガスで満たされる。
【００３７】
気化昇華室５には圧力計１３が設けられる。気化昇華室５において有機原料１２が減少すると、気化昇華室５内の圧力が低下する。このため、このため、気化昇華室５に圧力計１３を設けて気化昇華室５内の圧力を測定し、圧力の低下を検出すると原料補充の指示を出す等の制御によって、有機原料１２が枯渇する前に補充が行えるようにする。
【００３８】
気化昇華室５には、有機原料１２の加熱温度を制御するために、原料容器１１の温度を測定する図示しない熱電対が設けられる。また、原料容器１１へ通電する際の電流値を計測する図示しない電流計が設けられる。これにより、原料容器１１の温度や原料容器１１への通電電流値が監視され、有機原料１２が気化または昇華する温度が保たれるように制御される。また、気化昇華室５の圧力および温度を測定することで、有機原料１２の気化または昇華量を一定に保つように制御される。
【００３９】
気化昇華室５には供給管１４が接続される。供給管１４には流量コントローラ１５が設けられる。また、供給管１４はタンク１６に接続される。タンク１６には、キャリアガスとして用いるため、例えば各種有機原料に対して不活性なＮ２やＡｒ（アルゴン）のガスが入れられる。そして、流量コントローラ１５により、気化昇華室５に送るキャリアガスの流量が制御される。以上の説明した気化昇華室５およびこの気化昇華室５にキャリアガスを供給する機構によって、キャリアガス導入手段が構成される。
【００４０】
供給管１４の流量コントローラ１５より下流側にはヒータ１７が設けられる。また、供給管１４には図示しない温度計が設けられ、供給管１４から気化昇華室５に送り込まれるキャリアガスの温度が、有機原料が固化しない温度を保つようにヒータ１７が制御される。
【００４１】
気化昇華室５には原料ガス輸送手段を構成する原料ガス輸送管６が接続される。この原料ガス輸送管６は膜形成チャンバー４とも接続され、原料ガス輸送管６の膜形成チャンバー４内の端部には、基板３と対向する位置に放出手段を構成するインジェクター１８が設けられる。
【００４２】
原料ガス輸送管６にはヒータ１９が設けられ、輸送される原料ガスおよびインジェクター１８が加熱される。また、原料ガス輸送管６には図示しない温度計が設けられ、原料ガス輸送管６を輸送される原料ガスの温度およびインジェクター１８の温度が、有機原料が固化しない温度を保つようにヒータ１９が制御される。
【００４３】
図２は基板３の回転動作とインジェクター１８の配置の関係を示す説明図で、図２（ａ）は有機膜形成装置の要部斜視図、図２（ｂ）は側面図である。膜形成チャンバー４内でインジェクター１８は基板ホルダ２に対向して設けられるが、基板ホルダ２の回転中心Ｏａとインジェクター１８からの原料ガスの入射軸が同軸上に配置されるように、基板ホルダ２とインジェクター１８の位置が決められている。
【００４４】
また、基板３において対角線の交点を基板３の中心としたとき、基板ホルダ２は、回転中心Ｏａに基板３の中心が一致するようにこの基板３を保持する機構を備えている。これにより、図示しない駆動手段により基板ホルダ２が回転すると、基板３は基板ホルダ２の回転中心Ｏａを軸に自転することになる。
【００４５】
次に、本発明の有機膜形成方法の実施の形態を、上述した有機膜形成装置１の動作として説明する。本実施の形態の有機膜形成方法は、有機原料を気化または昇華させる気化昇華工程、輸送用のキャリアガスを導入するキャリアガス導入工程、原料ガスを基板３上に輸送する原料ガス輸送工程、基板３上への有機膜堆積工程および排気工程で構成される。
【００４６】
気化昇華工程は気化昇華室５で行われる。この気化昇華工程では、有機原料１２が入れられた原料容器１１に通電し、原料容器１１の抵抗発熱で有機原料１２を間接的に加熱して気化または昇華させて、原料ガスを生成する。
【００４７】
これにより、Ｈ２ＯやＯ２等の有機原料を変質させる物質から一切隔離された気化昇華室５内は原料ガスで満たされる。そして、気化昇華工程では、原料容器１１の温度や原料容器１１への通電電流値が監視され、有機原料１２の気化または昇華量を一定に保つように制御される。さらに、気化昇華室５内の圧力が圧力計１３で監視され、圧力の低下を検出すると、原料補充の指示を出すように制御される。
【００４８】
キャリアガス導入工程は気化昇華室５で行われる。このキャリアガス導入工程では、原料ガスの希釈およびキャリアガスの導入が行われる。すなわち、タンク１６のキャリアガスが、流量コントローラ１５により流量が制御されて、供給管１４から気化昇華室５に送り込まれる。そして、気化昇華室５に送り込まれたキャリアガスと原料ガスが混合し、このキャリアガスにより原料ガスが原料ガス輸送管６へ送られる。
【００４９】
ここで、キャリアガス導入工程では、気化昇華室５内の原料ガスの温度低下による有機原料の固化を避けるため、ヒータ１７により供給管１４を加熱することで、キャリアガスおよび原料ガスの温度を制御する。また、流量コントローラ１５により、キャリアガスの供給量を一定となるように制御する。このように、気化昇華室５に供給するキャリアガスの量を一定に保ち、気化昇華室５で有機原料１２を気化または昇華させる量を一定に保つことで、原料ガス輸送管６に送り込む原料ガスの量を一定に保つことができる。これにより、気化昇華工程で上述したように気化昇華室５の圧力を監視することで、有機原料１２の減少を圧力の低下として検出することができ、有機原料１２が枯渇する前に補充ができる。
【００５０】
原料ガス輸送工程は、原料ガス輸送管６で行われる。原料ガス輸送工程では、キャリアガス導入工程でキャリアガスと混合した原料ガスが、このキャリアガスにより原料ガス輸送管６を輸送される。そして、原料ガス供給管６をキャリアガスにより輸送された原料ガスは、インジェクター１８から膜形成チャンバー４内に放出される。
【００５１】
この原料ガス輸送工程では、上述したキャリアガス導入工程においてキャリアガスの流量を増加させると、輸送する原料ガスの量を増加させることができる。これにより、基板３へ供給する原料ガスの量を増加させて、基板３上での成膜速度を向上させることが可能となり、真空蒸着法に比較して大幅に成膜速度を向上させることができる。
【００５２】
また、原料ガス輸送工程では、原料ガス輸送管６内の原料ガスの温度低下による有機原料の固化を避けるため、ヒータ１９により原料ガス輸送管６を加熱することで原料ガスの温度を制御する。
【００５３】
有機膜堆積工程は、膜形成チャンバー４で行われる。有機膜堆積工程では、上述した原料ガス輸送工程で原料ガス輸送管６を輸送されてインジェクター１８から放出された原料ガスが基板３に吸着して有機膜を形成する。
【００５４】
この有機膜堆積工程では、図２（ａ）に示すように、基板ホルダ２を矢印ａ方向に回転させる。これにより、基板３は基板ホルダ２の回転中心Ｏａを軸に自転する。そして、インジェクター１８から放出された原料ガスは、図２（ｂ）に示すように、基板３上へと拡散供給されるので、基板３が回転動作（自転）することで、基板３に形成される有機膜の膜厚分布が均一となる。
【００５５】
さて、原料ガスは有機原料が気相の状態を保つため、例えば２５０℃程度の温度となっている。このため、この原料ガスが供給される基板３の温度が上昇する。そこで、有機膜堆積工程では、基板ホルダ２内に配管７ａで冷却水等の冷却媒体を供給する。基板３は基板ホルダ２に保持されているので、基板３から基板ホルダ２内の冷却媒体に熱が移動する。そして、熱を吸収した冷却媒体は配管７ｂから外部へと排出される。このように、原料ガスの熱が基板３に伝わり、基板３の熱が基板ホルダ２に伝わり、基板ホルダ２の熱が冷却媒体に伝わり、そして外部へ排出されるというプロセスが行われることで、基板３は裏面から冷却される。
【００５６】
したがって、有機膜堆積工程では、基板３の冷却と基板３の回転動作が同時に行われることになる。よって、基板３の温度を室温付近に保って有機膜の形成が可能であるので、基板３に吸着した有機原料は、高温のガスの状態から急速冷却されることで、非晶質または微結晶な良質な有機膜が形成される。これにより、基板３上に堆積した有機膜の一部あるいは全部が結晶化してしまうことに伴う電気特性の劣化や光学特性の劣化を防ぐことができる。
【００５７】
排気工程は、膜形成チャンバー４で行われる。排気工程では、上述した各工程に先立ち、基板３が収納された膜形成チャンバー４を原料ガスの流れを制御し得る１０２〜１０３Ｐａ程度の低真空に保つ。また、有機膜堆積工程で発生した残留ガスを排気する。
【００５８】
次に、基板３の動作とインジェクター１８の配置の変形例を、本発明の第２〜第５の実施の形態として説明する。まず、図３は有機膜形成装置の第２の実施の形態を示す要部構成図で、図３（ａ）は膜形成チャンバー内の要部斜視図、図３（ｂ）は側断面図である。第１の実施の形態と同様に、膜形成チャンバー４内でインジェクター１８は基板ホルダ２に対向して設けられるが、第２の実施の形態の有機膜形成装置では、基板ホルダ２の回転中心Ｏａとインジェクター１８からの原料ガスの入射軸を一致させない。
【００５９】
基板ホルダ２は、回転中心Ｏａに基板３の中心が一致するようにこの基板３を保持する機構を備えている。これにより、図示しない駆動手段により基板ホルダ２が回転すると、基板３は基板ホルダ２の回転中心Ｏａを軸に自転することになる。これに対して、インジェクター１８からは、基板３の中心からずれた位置に向けて原料ガスが放出される。なお、図示しないが第２の実施の形態の有機膜形成装置の全体構成は図１に示すものと同じである。
【００６０】
以下に、第２の実施の形態の有機膜形成装置の動作を説明する。なお、気化昇華工程、キャリアガス導入工程、原料ガス輸送工程および排気工程は第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。
【００６１】
この有機膜堆積工程では、図３（ａ）に示すように、基板ホルダ２を矢印ａ方向に回転させる。これにより、基板３は基板ホルダ２の回転中心Ｏａを軸に自転する。このとき、インジェクター１８から放出された原料ガスは、図３（ｂ）に示すように、基板３の中心からずれた範囲へと拡散供給されるが、基板３が回転動作（自転）しているので、原料ガスは基板３の全面に供給されることになる。
【００６２】
このように、基板ホルダ２の回転中心、ここでは基板３の回転中心と、インジェクター１８からの原料ガスの入射軸をずらして配置することで、第１の実施の形態と比較して、約２倍の辺長、面積にして約４倍の面積に均一に成膜することが可能であり、基板３に形成される有機膜の膜厚分布の均一性が向上する。なお、第２の実施の形態においても、有機膜堆積工程で基板３の冷却も同時に行われ、これにより、膜厚が均一で、かつ非晶質または微結晶な良質な有機膜が形成できる。
【００６３】
図４は有機膜形成装置の第３の実施の形態を示す要部構成図であり、図４（ａ）は膜形成チャンバー内の要部斜視図、図４（ｂ）は側断面図である。第３の実施の形態の有機膜形成装置は、複数枚の基板３に対して一度に成膜を行えるようにしたものである。
【００６４】
すなわち、基板ホルダ２は、回転中心Ｏａに対して同一円周上に複数枚の基板３を保持する機構を有する。これにより、図示しない駆動手段により基板ホルダ２が回転すると、各基板３は基板ホルダ２の回転中心Ｏａを軸に公転することになる。また、インジェクター１８は、複数枚の基板３が並ぶ円周上に入射軸が一致するように、基板ホルダ２と対向配置される。これにより、基板ホルダ２の回転中心Ｏａとインジェクター１８からの原料ガスの入射軸は一致せず、基板ホルダ２が回転することによる各基板３の移動経路に対向してインジェクター１８が配置される。なお、図示しないが第３の実施の形態の有機膜形成装置の全体構成は図１に示すものと同じである。
【００６５】
以下に、第３の実施の形態の有機膜形成装置の動作を説明する。なお、気化昇華工程、キャリアガス導入工程、原料ガス輸送工程および排気工程は第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。
【００６６】
この有機膜堆積工程では、図４（ａ）に示すように、基板ホルダ２を矢印ａ方向に回転させる。これにより、各基板３は基板ホルダ２の回転中心Ｏａを軸に公転する。このとき、インジェクター１８から放出された原料ガスは、図４（ｂ）に示すように、インジェクター１８の前に位置する基板３へと拡散供給されるが、各基板３が基板ホルダ２の回転中心Ｏａを軸に公転しているので、全ての基板３がインジェクター１８の前を通過することになり、各基板３へ原料ガスが供給される。
【００６７】
第３の実施の形態では、基板ホルダ２のサイズを第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態の場合と同じとすると、第１の実施の形態と比較して約半分の辺長すなわち約１／４の面積の大きさの基板３を複数個保持できる。そして、一度の有機膜堆積工程で複数枚の基板３に有機膜を形成できることから、小サイズの基板３を大量生産できる。なお、第３の実施の形態においても、有機膜堆積工程で基板３の冷却も同時に行われ、これにより、非晶質または微結晶な良質な有機膜を、一度の有機膜堆積工程で複数の基板３に形成できる。
【００６８】
なお、上述した第１〜第３の実施の形態において、基板ホルダ２の回転は、一方向のみの回転動作、正逆両方向の回転動作、あるいは正逆両方向の回転動作の繰り返し等が行われるものとする。
【００６９】
図５は有機膜形成装置の第４の実施の形態を示す要部構成図であり、図５（ａ）は膜形成チャンバー内の要部斜視図、図５（ｂ）は側断面図である。第４の実施の形態の有機膜形成装置も、複数枚の基板３に対して一度に成膜を行えるようにしたものである。
【００７０】
基板ホルダ２０は、基板３を保持するホルダ２１と、各ホルダ２１を回転自在に支持するメインホルダ２２と、各ホルダ２１に対する冷却媒体の供給および排出を行う背面ホルダ２３とから構成される。
【００７１】
背面ホルダ２３は内部が中空構造で、背面側に接続された２系統の配管７ａ，７ｂから冷却媒体の供給および排出が行われる。基板ホルダ２０は図示しない駆動手段からの駆動力を受けて回転動作を行うので、配管７ａ，７ｂに対して回転自在となるように、例えば磁気シール２ａを介して配管７ａ，７ｂと背面ホルダ２３が接続される。
【００７２】
ホルダ２１は内部が中空構造で、配管２４ａ，２４ｂで背面ホルダ２３と接続されている。ホルダ２１は背面ホルダ２３に対して回転自在とするので、配管２４ａ，２４ｂに対して回転自在となるように、磁気シール２１ａを介して配管２４ａ，２４ｂと接続される。
【００７３】
メインホルダ２２と背面ホルダ２３は一体構造で、メインホルダ２２は図示しない駆動手段の駆動力を第１のシャフト２５で受けて回転する。これにより、基板ホルダ２０全体の回転は第１のシャフト２５により行われる。第１のシャフト２５は中空構造で、第２のシャフト２６が回転自在に通されている。そして、第２のシャフト２６の先端にはホルダ回転用ギア２７が取り付けられている。ホルダ２１の外周には図示しないギアが設けられ、このギアとホルダ回転用ギア２７がかみ合っている。これにより、ホルダ２１は基板ホルダ２０の回転中心に対して同一円周上に並んで設けられ、また、第２のシャフト２６が回転するとホルダ２１が回転する。
【００７４】
さて、ホルダ２１は、回転中心Ｏｂに基板３の中心が一致するようにこの基板３を保持する機構を備えている。これにより、図示しない駆動手段によりホルダ２１が回転すると、基板３はホルダ２１の回転中心Ｏｂを軸に自転することになる。
【００７５】
したがって、第１のシャフト２５を回転させることでメインホルダ２２を回転させると、基板ホルダ２０全体の回転中心Ｏａを軸に各基板３は公転するとともに、第２のシャフト２６を回転させることでホルダ２１を回転させると、基板３はホルダ２１の回転中心Ｏｂを軸に自転することになる。
【００７６】
また、インジェクター１８は、複数のホルダ２１が並ぶ円周上に入射軸が一致するように、基板ホルダ２０と対向配置される。これにより、基板ホルダ２０全体の回転中心Ｏａとインジェクター１８からの原料ガスの入射軸は一致せず、基板ホルダ２０が回転することによる各基板３の移動経路に対向してインジェクター１８が配置される。したがって、ある基板３がインジェクター１８と対向する位置にあるとき、ホルダ２１の回転中心Ｏｂとインジェクター１８からの原料ガスの入射軸は一致する。なお、図示しないが第３の実施の形態の有機膜形成装置の全体構成は図１に示すものと同じである。
【００７７】
以下に、第４の実施の形態の有機膜形成装置の動作を説明する。なお、気化昇華工程、キャリアガス導入工程、原料ガス輸送工程および排気工程は第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。
【００７８】
この有機膜堆積工程では、図５（ａ）に示すように、第１のシャフト２５を矢印ａ方向に回転させることで、基板ホルダ２０全体を矢印ａ方向に回転させる。これにより、各基板３は基板ホルダ２０全体の回転中心Ｏａを軸に公転する。また、第２のシャフト２６を矢印ｂ方向にさせると、図５（ｂ）に示すように、ホルダ回転用ギア２７とホルダ２１の図示しないギアとのかみ合いにより、各ホルダ２１は矢印ｃ方向に回転する。これにより、各基板３は、基板ホルダ２０全体の回転中心Ｏａに対して公転しながら自転を行う。
【００７９】
このとき、インジェクター１８から放出された原料ガスは、図５（ｂ）に示すように、インジェクター１８の前に位置する基板３へと拡散供給されるが、各基板３が基板ホルダ２の回転中心Ｏａを軸に公転しているので、全ての基板３がインジェクター１８の前を通過することになり、各基板３へ原料ガスが供給される。
【００８０】
第４の実施の形態でも、一度の有機膜堆積工程で複数枚の基板３に有機膜を形成できることから、小サイズの基板３を大量生産できる。そして、基板３へ原料ガスを供給しているときは、基板３は自転もしているので、膜厚分布が均一となる。なお、第４の実施の形態においても、有機膜堆積工程で基板３の冷却も同時に行われる、すなわち、背面ホルダ２３内に配管７ａから供給された冷却水等の冷却媒体は、各配管２４ａから各ホルダ２１へと供給される。基板３はホルダ２１に保持されているので、基板３からホルダ２１内の冷却媒体に熱が移動する。そして、熱を吸収した冷却媒体は配管２４ｂから背面ホルダ２３へ排出され、背面ホルダ２３から配管７ｂを通り外部へと排出される。これにより、非晶質または微結晶な良質な有機膜を、一度の有機膜堆積工程で複数の基板３に形成できる。ここで、インジェクター１８による原料ガスの入射軸を基板３の自転軸とずらして配置することとしても良い。また、基板ホルダ２０の回転は、一方向のみの回転動作、正逆両方向の回転動作、あるいは正逆両方向の回転動作の繰り返し等が行われるものとする。同様に、ホルダ２１の回転は、一方向のみの回転動作、正逆両方向の回転動作、あるいは正逆両方向の回転動作の繰り返し等が行われるものとする。
【００８１】
図６は有機膜形成装置の第５の実施の形態を示す要部構成図であり、図６（ａ）は膜形成チャンバー内の要部正面図、図６（ｂ）は側断面図である。基板ホルダ２８は内部が中空構造で、背面側に接続された２系統の配管２９ａ，２９ｂから冷却媒体の供給および排出が行われる。
【００８２】
基板ホルダ２８は図示しない駆動手段からの駆動力を受けて回転動作を行うので、配管２９ａ，２９ｂに対して回転自在となるように、例えば磁気シール２ａを介して配管２９ａ，２９ｂと基板ホルダ２８が接続される。また、基板ホルダ２８はスライド動作も行うので、配管２９ａ，２９ｂは可撓性を有する材質が用いられる。配管２９ａからは水や不活性ガスを利用した冷却媒体が基板ホルダ２８内に供給される。そして、基板３から熱を吸収した冷却媒体が配管２９ｂから排出されるようになっている。
【００８３】
基板ホルダ２８の外周にはギア３０が設けられ、このギア３０とかみ合うラックギア３１が膜形成チャンバー４内に設けられる。これにより、図示しない駆動手段が基板ホルダ２８に例えば＋Ｘ方向の力を加えると、ギア３０とラックギア３１のかみ合いで、基板ホルダ２８は矢印ｄ方向に回転しながら、矢印ｅ方向にスライド移動する。
【００８４】
また、基板ホルダ２８は、回転動作を行う際の回転中心Ｏａに基板３の中心が一致するようにこの基板３を保持する機構を備えている。基板ホルダ２８はスライド移動するので、回転中心Ｏａは平行移動するが、このスライド移動に伴う基板ホルダ２８の回転で、基板３は基板ホルダ２８の回転中心Ｏａを軸に自転することになる。
【００８５】
インジェクター１８は基板ホルダ２に対向して設けられるが、平行移動する基板ホルダ２８の回転中心Ｏａとインジェクター１８からの原料ガスの入射軸が一致しない位置となるように、インジェクター１８の位置が決められている。
【００８６】
以下に、第５の実施の形態の有機膜形成装置の動作を説明する。なお、気化昇華工程、キャリアガス導入工程、原料ガス輸送工程および排気工程は第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。
【００８７】
この有機膜堆積工程では、図６（ａ）に示すように、基板ホルダ２８に＋Ｘ方向の力を加えると、ギア３０とラックギア３１のかみ合いで、基板ホルダ２８は矢印ｄ方向に回転しながら、矢印ｅ方向にスライド移動する。これにより、基板３は基板ホルダ２８の回転中心Ｏａを軸に自転しながらスライド移動する。このとき、インジェクター１８から放出された原料ガスは、図６（ｂ）に示すように、基板３の中心からずれた範囲へと拡散供給されるが、基板３が自転かつスライド移動しているので、基板３上における原料ガスの供給位置が変化し、原料ガスは基板３の全面に供給されることになる。
【００８８】
同様にして、基板ホルダ２８に−Ｘ方向の力を加えると、基板ホルダ２８は矢印ａ方向に回転しながら、矢印ｆ方向にスライド移動する。以上の動作の繰り返しで、基板３はインジェクター１８の前を繰り返し通過することになる。
【００８９】
以上のように、基板３の回転を伴うスライド動作が簡単な構造で実現でき、基板３に形成される有機膜の膜厚分布の均一性が向上する。なお、第５の実施の形態においても、有機膜堆積工程で基板３の冷却も同時に行われ、これにより、膜厚が均一で、かつ非晶質または微結晶な良質な有機膜が形成できる。
【００９０】
なお、第５の実施の形態の構成と第４の実施の形態の構成を組み合わせることで、基板３を自公転させながら、スライド移動させることも可能となる。すなわち、基板ホルダ２８に図５に示すような構成で駆動される図示しないホルダを設ける。そして、基板ホルダ２８の回転に伴うスライド移動とともに、各ホルダが基板ホルダ２８に対して回転する構成とすることで、複数の基板３がそれぞれは自転しながら、基板ホルダ２８の回転中心Ｏａを軸に公転しつつ、スライド移動する、とい動作を実現できる。また、インジェクター１８の位置も図６に示す位置に限るものではない。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、減圧下のチャンバー内に基板を保持し、有機原料を気相に変化させた原料ガスをキャリアガスを用いてチャンバー内に輸送して基板上に有機膜を形成する際に、原料ガスが供給される基板を移動させつつ、かつ、基板の冷却を行うものである。
【００９２】
これにより、基板の全面に原料ガスを供給しつつ、基板に吸着した原料ガスを急速に冷却することで非結晶な有機膜を形成できる。したがって、膜厚分布の均一性が向上し、熱の影響を受けていない良好な有機膜を形成することができる。よって、大画面の有機ＥＬディスプレイに用いられる有機ＥＬ発光材料等の製作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の有機膜形成装置の全体構成図である。
【図２】基板の回転動作とインジェクターの配置の関係を示す説明図である。
【図３】有機膜形成装置の第２の実施の形態を示す要部構成図である。
【図４】有機膜形成装置の第３の実施の形態を示す要部構成図である。
【図５】有機膜形成装置の第４の実施の形態を示す要部構成図である。
【図６】有機膜形成装置の第５の実施の形態を示す要部構成図である。
【図７】有機ＥＬ素子の構造の一例を示す説明図である。
【図８】有機ＥＬカラーディスプレイの概要を示す平面図である。
【図９】有機ＥＬカラーディスプレイの要部斜視図である。
【図１０】マスクを使用した膜堆積工程の一例を示す断面図である。
【図１１】従来の有機膜形成装置の説明図である。
【符号の説明】
１・・・有機膜形成装置、２・・・基板ホルダ、２ａ・・・磁気シール、３・・・基板、４・・・膜形成チャンバー、５・・・気化昇華室、６・・・原料ガス輸送管、７ａ，７ｂ・・・配管、８・・・ヒータ、９・・・圧力計、１０・・・排気管、１１・・・原料容器、１２・・・有機原料、１３・・・圧力計、１４・・・供給管、１５・・・流量コントローラ、１６・・・タンク、１７・・・ヒータ、１８・・・インジェクター、１９・・・ヒータ、２０・・・基板ホルダ、２１・・・ホルダ、２１ａ・・・シール、２２・・・メインホルダ、２３・・・サブホルダ、２４ａ，２４ｂ・・・配管、２５・・・第１のシャフト、２６・・・第２のシャフト、２７・・・ホルダ回転用ギア、２８・・・基板ホルダ、２９ａ，２９ｂ・・・配管、３０・・・ギア、３１・・・ラックギア
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機原料を気相に変化させた原料ガスを、キャリアガスで基板上に輸送して薄膜を形成する有機膜形成装置および有機膜形成方法に関する。詳しくは、基板を移動させながら原料ガスを供給し、かつ、基板の冷却も同時に行うことで、均質で良好な有機膜を形成できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ（エレクトロルミネンス）素子は発光層に有機物を利用した発光材料である。この有機ＥＬ素子は、コンピュータやテレビジョン受信機に使用されるフラットパネルディスプレイや、携帯電話のディスプレイや、ＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）と呼ばれる携帯端末のディスプレイ等の各種表示装置を構成する発光材料として、また、発光ダイオード等の発光素子として用いられる。
【０００３】
図７は有機ＥＬ素子の構造の一例を示す説明図である。有機ＥＬ素子１０１は、ガラス等の透明基板１０２の上に陽極であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）透明電極１０３、有機膜１０４、陰極である背面電極１０５を順に積層したものである。有機膜１０４は、ＩＴＯ透明電極１０３側から、正孔注入層１０４ａ、正孔輸送層１０４ｂ、発光層１０４ｃ、電子輸送層１０４ｄ、そして電子注入層１０４ｅを順に積層したものである。
【０００４】
ＩＴＯ透明電極１０３−背面電極１０５間に電圧が印加されると、ＩＴＯ透明電極１０３からプラス電荷（正孔）が注入され、背面電極１０５からマイナス電荷（電子）が注入され、それぞれ有機膜１０４を移動する。そして、発光層１０４ｃ内で電子−正孔がある確率で再結合し、この再結合の際に所定の波長を持った光が発生するものである。
【０００５】
なお、有機膜１０４の構成としては、正孔注入層１０４ａと正孔輸送層１０４ｂを１層で構成したもの、電子輸送層１０４ｄと電子注入層１０４ｅを１層で構成したもの、発光層１０４ｃと電子輸送層１０４ｄと電子注入層１０４ｅを１層で構成したもの等がある。
【０００６】
図８はこのような有機ＥＬ素子を用いて構成した有機ＥＬカラーディスプレイの概要を示す平面図、図９は有機ＥＬカラーディスプレイの要部斜視図である。有機カラーディスプレイ１０６は、透明基板１０２の上にＩＴＯ透明電極１０３がストライプ状に形成される。また、有機膜１０４がＩＴＯ透明電極１０３と直交するようにストライプ状に形成され、有機膜１０４上に背面電極１０５が形成されて、ＩＴＯ透明電極１０３と有機膜１０４および背面電極１０５をマトリクス状に配置する。これにより、電圧が印加されたＩＴＯ透明電極１０３と背面電極１０５の交点の有機膜１０４が発光する。
【０００７】
そして、有機膜１０４として、赤（Ｒ）に発光する有機膜１０４Ｒと緑（Ｇ）に発光する有機膜１０４Ｇと青（Ｂ）に発光する有機膜１０４Ｂを順に並べることで、ＲＧＢによる画素が形成され、カラーの表示が可能となる。
【０００８】
そして、図８等に示すカラーディスプレイを作成する場合は、マスクを用いて有機膜の形成を行う。図１０はマスクを使用した膜堆積工程の一例を示す断面図である。マスク１１４は、ストライプ状のパターン１１５を有する。このマスク１１４を基板１１１に密着させるため磁石を用いる。すなわち、マスク１１４を磁性体で構成し、基板１１１を保持する図示しない機構に永久磁石や電磁石から構成される磁化部材１１６を設ける。そして、基板１１１をこの磁化部材１１６に載せ、この基板１１１にマスク１１４を載せることで、マスク１１４は磁化部材１１６の磁力で基板１１１に密着する。
【０００９】
そして、Ｒ，Ｇ，Ｂの有機膜を形成するため、まず、マスク１１４を所定の位置に取り付けて図９に示す有機膜１０４Ｒを形成し、次にマスク１１４の取り付け位置を１／３ピッチずらして有機膜１０４Ｇを形成し、次にマスク１１４の取り付け位置を１／３ピッチずらして有機膜１０４Ｂを形成するものである。
【００１０】
さて、低分子の有機物を用いた有機膜の形成は、従来は真空蒸着法を用いていた。真空蒸着法とは、原材料を高真空中で加熱蒸発させ、蒸発源と対向する基板上に原材料を吸着させることで薄膜を形成する方法である。
【００１１】
これに対して、真空蒸着法とは異なる新しい有機膜形成法として、有機気相蒸着法（ｏｒｇａｎｉｃ ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と呼ばれる方法が、特表２００１−５２３７６８に開示されている。
【００１２】
図１１は有機気相蒸着法を用いた従来の有機膜形成装置の説明図で、以下に特表２００１−５２３７６８に開示されている装置の概要を説明する。チャンバー１２０は内部を外気と遮断する例えば略筒状の容器であり、内部に基板１１１を保持する基板ホルダ１２１が設けられる。
【００１３】
チャンバー１２０には２本の配管１２２が設けられる。それぞれの配管１２２の一方の端部は開口しており、この開口部の近傍に原料容器１２３が設けられる。原料容器１２３は図示しない通電機構を備え、原料容器１２３に有機原料を入れて通電すると、原料容器１２３が抵抗発熱することにより有機原料が間接的に加熱され、気化または昇華して原料ガスが発生する。
【００１４】
配管１２２の他方の端部はタンク１２４と接続される。また、配管１２２の途中には、調整バルブ１２５と、圧力調整器１２６ａと、流量計１２６ｂと、切替バルブ１２６ｃとを備える。タンク１２４には各種有機原料に対して不活性なＮ２（窒素）等のガスが入れられ、圧力および流量が制御されたキャリアガスとして配管１２２に供給される。
【００１５】
これにより、配管１２２内で有機原料を気化あるいは昇華させて生成した原料ガスは、キャリアガスと混合してチャンバー１２０内に送られ、基板１１１に吸着して有機膜を形成する。
【００１６】
原料容器１２３には固相の有機原料が入れられるのに対して、原料槽１２７には液相の有機原料１２８が入れられる。この原料槽１２７にはタンク１２４とつながる配管１２２と、チャンバー１２０とつながる配管１２９が接続される。この配管１２２には、圧力調整器１２６ａと、流量計１２６ｂと、切替バルブ１２６ｃとを備える。
【００１７】
これにより、配管１２２から供給されるキャリアガスは気泡として有機原料１２８内を通り、蒸気となった有機原料を配管１２９でチャンバー１２０内へと送る。また、原料槽１２７の少なくとも有機原料１２８が入れられる高さまでを液体１３０に浸す温度制御槽１３１を設け、図示しないヒータで液体１３０の温度を制御することで、原料槽１２７内の有機原料１２８の温度を制御する。また、チャンバー１２０の周囲には加熱冷却器１３２が設けられる。この加熱冷却器１３２はチャンバー１２０内の温度制御を行う。
【００１８】
チャンバー１２０には排気管１３３が設けられ、この排気管１３３にトラップタンク１３４、スロットバルブ１３５および真空ポンプ１３６が取り付けられる。真空ポンプ１３６はチャンバー１２０内を排気して、該チャンバー１２０内を真空にする。スロットバルブ１３５はチャンバー１２０内の圧力を調整するもので、チャンバー１２０に取り付けた図示しない圧力計の出力がスロットバルブ１３５へ電気的にフィードバックされ、チャンバー１２０内が所望の真空度を維持するように制御される。また、基板１１１上に吸着しなかった有機原料等はトラップタンク１３４で凝縮させ、スロットバルブ１３５や真空ポンプ１３６に到達しないようにしてある。
【００１９】
このような装置を用いる有機気相蒸着法は、減圧下で原料ガスをキャリアガスを用いて基板へと運び、基板上でガスが凝縮して膜形成が行われる有機膜形成方法である。これにより、従来の真空蒸着法ではできなかった、原料を気化または昇華させるための温度制御と、原料を基板へ送るキャリアガスの流量制御等を独立して行えるので、著しく異なる蒸気圧をもつ有機原料を同時蒸着して多成分の薄膜を形成する際に、各成分量を正確に制御することができる。また、減圧下で膜形成を行うため、表面が滑らかな有機膜を形成することができる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
有機気相蒸着法で滑らかな表面性を有する有機膜を形成するには、有機膜の結晶化等は避けなければならないので、高温の原料ガスの輸送による基板の温度上昇を抑制するため、基板の冷却機構が必要である。
【００２１】
また、真空蒸着法では、膜厚分布を均一にするため、基板の回転機構が備えられているものがある。しかしながら、有機気相蒸着法でも真空蒸着法でも、膜の形成中に基板の冷却と基板の移動を同時に行ってはいないので、熱による影響を受けずに良好な有機膜を形成することができなかった。
【００２２】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、膜厚分布が均一でかつ非晶質な有機膜が形成できる有機膜形成装置および有機膜形成方法を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明に係る有機膜形成装置は、基板上に有機物の薄膜を形成する有機膜形成装置において、真空ポンプが接続されたチャンバーと、有機原料を気相に変化させて原料ガスを生成する気化昇華手段と、原料ガスとキャリアガスを混合するキャリアガス導入手段と、キャリアガスにより原料ガスを輸送する原料ガス輸送手段と、原料ガス輸送手段で輸送された原料ガスをチャンバー内に放出する放出手段と、少なくとも１枚の基板を保持し、放出手段に対して基板を移動させる保持手段と、この保持手段に設けられ、保持している基板を冷却する冷却手段とを備えたものである。
【００２４】
本発明に係る有機膜形成装置では、気化昇華手段で有機原料を気相に変化させて原料ガスを生成する。この原料ガスにキャリアガス導入手段でキャリアガスを混合し、このキャリアガスにより、原料ガス輸送手段で原料ガスをチャンバーに輸送する。
【００２５】
チャンバー内では放出手段から原料ガスを放出して、基板に原料ガスを供給する。このとき、保持手段は放出手段に対して基板の位置を移動させることで、原料ガスを基板の全面に供給する。また、保持手段で保持されている基板は冷却手段で冷却されており、基板に吸着した原料ガスは急速に冷却されて非晶質な有機膜となる。これにより、膜厚分布の均一性が向上した良好な有機膜を形成することができる。
【００２６】
また、本発明に係る有機膜形成方法は、基板上に有機物の薄膜を形成する有機膜形成方法において、有機原料を気相の原料ガスへと変化させる気化昇華工程と、原料ガスとキャリアガスを混合するキャリアガス導入工程と、キャリアガスにより原料ガスを基板上へ輸送する原料ガス輸送工程と、原料ガスの流れを制御し得る減圧下のチャンバー内で基板上に有機膜を形成する有機膜堆積工程と、チャンバーの排気工程とを有し、有機膜堆積工程では、基板を原料ガスの流れる方向と交する方向に移動させながら、かつ、基板を冷却しながら有機膜を形成するものである。
【００２７】
本発明に係る有機膜形成方法では、気化昇華工程では有機原料が気相の原料ガスに変化し、キャリアガス導入工程ではこの原料ガスにキャリアガスが混合され、原料ガス輸送工程でキャリアガスにより原料ガスが基板上へと供給される。有機膜堆積工程では供給された原料ガスが基板に吸着して有機膜が形成されるが、このとき、基板を移動させながら、かつ冷却しながら有機膜が形成されるので、基板の全面に原料ガスを供給しつつ、基板に吸着した原料ガスを急速に冷却することで非晶質な有機膜が形成される。これにより、膜厚分布の均一性が向上した良好な有機膜を形成することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の有機膜形成装置の実施の形態を説明する。図１は第１の実施の形態の有機膜形成装置の全体構成図である。第１の実施の形態の有機膜形成装置１は、回転動作を行う基板ホルダ２で基板３を保持することで、気相の有機原料をキャリアガスを用いて基板３へ供給して有機膜を形成する際の膜厚分布を向上させるものである。ここで、基板３とは、図７等で説明した透明ガラス基板１０２にＩＴＯ透明電極を形成したもの、あるいは図示しないＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板等である。
【００２９】
有機膜形成装置１は、基板３を収納する膜形成チャンバー４、有機原料を気化または昇華させる気化昇華室５、気化昇華室５と膜形成チャンバー４をつなぐ原料ガス輸送管６を備える。
【００３０】
保持手段を構成する基板ホルダ２は、膜形成チャンバー４に設けられる。基板ホルダ２は表面側に基板３を保持する機構を有する。また、内部は中空構造で、背面側に接続された２系統の配管７ａ，７ｂから冷却媒体の供給および排出が行われることで、冷却媒体を用いた冷却手段が設けられている。
【００３１】
基板ホルダ２は図示しない駆動手段からの駆動力を受けて回転動作を行うので、配管７ａ，７ｂに対して回転自在となるように、例えば磁気シール２ａを介して配管７ａ，７ｂと基板ホルダ２が接続される。配管７ａからは水や不活性ガスを利用した冷却媒体が基板ホルダ２内に供給される。そして、基板３から熱を吸収した冷却媒体が配管７ｂから排出されるようになっている。ここで、膜形成チャンバー４内で基板３は垂直に保持される。なお、カラーディスプレイに用いる発光材料を製作する場合、図１０に示すマスク１１４が基板３の有機膜形成面に取り付けられる。
【００３２】
膜形成チャンバー４にはヒータ８が設けられる。このヒータ８により、膜形成チャンバー４内の温度が、基板３に吸着する前の有機原料が固化しないような温度を保つように制御される。
【００３３】
また、膜形成チャンバー４には圧力計９と排気管１０が設けられる。この排気管１０に排気手段を構成する図示しない真空ポンプが接続され、圧力計９の出力をフィードバックして、膜形成チャンバー４内の圧力が所定の低真空を保つように制御される。
【００３４】
なお、膜形成チャンバー４に対して基板３を出し入れ自在とするため、例えば膜形成チャンバー４を開閉構造をもつ分割構造とし、閉じたときは機密性が保たれる構成とする。
【００３５】
気化昇華室５は、気化昇華手段を構成し、例えば抵抗加熱法により有機原料を気化または昇華させるもので、チャンバー等の外気と隔離できる容器内にボート形状の原料容器１１を備えたものである。また、この原料容器１１に通電する図示しない通電機構を備える。
【００３６】
原料容器１１は、高融点でかつ有機原料と反応しない例えばＴａ（タンタル）等の材質で作られる。この原料容器１１に通電すると、該原料容器１１が抵抗となって発熱する。これにより原料容器１１に固相（粉末状）の有機原料１２を入れて通電すると、原料容器１１が発熱することにより有機原料１２が間接的に加熱され、気化または昇華する。これにより、Ｈ２ＯやＯ２等の有機原料を変質させる物質から一切隔離された気化昇華室５内は有機原料のガスで満たされる。
【００３７】
気化昇華室５には圧力計１３が設けられる。気化昇華室５において有機原料１２が減少すると、気化昇華室５内の圧力が低下する。このため、このため、気化昇華室５に圧力計１３を設けて気化昇華室５内の圧力を測定し、圧力の低下を検出すると原料補充の指示を出す等の制御によって、有機原料１２が枯渇する前に補充が行えるようにする。
【００３８】
気化昇華室５には、有機原料１２の加熱温度を制御するために、原料容器１１の温度を測定する図示しない熱電対が設けられる。また、原料容器１１へ通電する際の電流値を計測する図示しない電流計が設けられる。これにより、原料容器１１の温度や原料容器１１への通電電流値が監視され、有機原料１２が気化または昇華する温度が保たれるように制御される。また、気化昇華室５の圧力および温度を測定することで、有機原料１２の気化または昇華量を一定に保つように制御される。
【００３９】
気化昇華室５には供給管１４が接続される。供給管１４には流量コントローラ１５が設けられる。また、供給管１４はタンク１６に接続される。タンク１６には、キャリアガスとして用いるため、例えば各種有機原料に対して不活性なＮ２やＡｒ（アルゴン）のガスが入れられる。そして、流量コントローラ１５により、気化昇華室５に送るキャリアガスの流量が制御される。以上の説明した気化昇華室５およびこの気化昇華室５にキャリアガスを供給する機構によって、キャリアガス導入手段が構成される。
【００４０】
供給管１４の流量コントローラ１５より下流側にはヒータ１７が設けられる。また、供給管１４には図示しない温度計が設けられ、供給管１４から気化昇華室５に送り込まれるキャリアガスの温度が、有機原料が固化しない温度を保つようにヒータ１７が制御される。
【００４１】
気化昇華室５には原料ガス輸送手段を構成する原料ガス輸送管６が接続される。この原料ガス輸送管６は膜形成チャンバー４とも接続され、原料ガス輸送管６の膜形成チャンバー４内の端部には、基板３と対向する位置に放出手段を構成するインジェクター１８が設けられる。
【００４２】
原料ガス輸送管６にはヒータ１９が設けられ、輸送される原料ガスおよびインジェクター１８が加熱される。また、原料ガス輸送管６には図示しない温度計が設けられ、原料ガス輸送管６を輸送される原料ガスの温度およびインジェクター１８の温度が、有機原料が固化しない温度を保つようにヒータ１９が制御される。
【００４３】
図２は基板３の回転動作とインジェクター１８の配置の関係を示す説明図で、図２（ａ）は有機膜形成装置の要部斜視図、図２（ｂ）は側面図である。膜形成チャンバー４内でインジェクター１８は基板ホルダ２に対向して設けられるが、基板ホルダ２の回転中心Ｏａとインジェクター１８からの原料ガスの入射軸が同軸上に配置されるように、基板ホルダ２とインジェクター１８の位置が決められている。
【００４４】
また、基板３において対角線の交点を基板３の中心としたとき、基板ホルダ２は、回転中心Ｏａに基板３の中心が一致するようにこの基板３を保持する機構を備えている。これにより、図示しない駆動手段により基板ホルダ２が回転すると、基板３は基板ホルダ２の回転中心Ｏａを軸に自転することになる。
【００４５】
次に、本発明の有機膜形成方法の実施の形態を、上述した有機膜形成装置１の動作として説明する。本実施の形態の有機膜形成方法は、有機原料を気化または昇華させる気化昇華工程、輸送用のキャリアガスを導入するキャリアガス導入工程、原料ガスを基板３上に輸送する原料ガス輸送工程、基板３上への有機膜堆積工程および排気工程で構成される。
【００４６】
気化昇華工程は気化昇華室５で行われる。この気化昇華工程では、有機原料１２が入れられた原料容器１１に通電し、原料容器１１の抵抗発熱で有機原料１２を間接的に加熱して気化または昇華させて、原料ガスを生成する。
【００４７】
これにより、Ｈ２ＯやＯ２等の有機原料を変質させる物質から一切隔離された気化昇華室５内は原料ガスで満たされる。そして、気化昇華工程では、原料容器１１の温度や原料容器１１への通電電流値が監視され、有機原料１２の気化または昇華量を一定に保つように制御される。さらに、気化昇華室５内の圧力が圧力計１３で監視され、圧力の低下を検出すると、原料補充の指示を出すように制御される。
【００４８】
キャリアガス導入工程は気化昇華室５で行われる。このキャリアガス導入工程では、原料ガスの希釈およびキャリアガスの導入が行われる。すなわち、タンク１６のキャリアガスが、流量コントローラ１５により流量が制御されて、供給管１４から気化昇華室５に送り込まれる。そして、気化昇華室５に送り込まれたキャリアガスと原料ガスが混合し、このキャリアガスにより原料ガスが原料ガス輸送管６へ送られる。
【００４９】
ここで、キャリアガス導入工程では、気化昇華室５内の原料ガスの温度低下による有機原料の固化を避けるため、ヒータ１７により供給管１４を加熱することで、キャリアガスおよび原料ガスの温度を制御する。また、流量コントローラ１５により、キャリアガスの供給量を一定となるように制御する。このように、気化昇華室５に供給するキャリアガスの量を一定に保ち、気化昇華室５で有機原料１２を気化または昇華させる量を一定に保つことで、原料ガス輸送管６に送り込む原料ガスの量を一定に保つことができる。これにより、気化昇華工程で上述したように気化昇華室５の圧力を監視することで、有機原料１２の減少を圧力の低下として検出することができ、有機原料１２が枯渇する前に補充ができる。
【００５０】
原料ガス輸送工程は、原料ガス輸送管６で行われる。原料ガス輸送工程では、キャリアガス導入工程でキャリアガスと混合した原料ガスが、このキャリアガスにより原料ガス輸送管６を輸送される。そして、原料ガス供給管６をキャリアガスにより輸送された原料ガスは、インジェクター１８から膜形成チャンバー４内に放出される。
【００５１】
この原料ガス輸送工程では、上述したキャリアガス導入工程においてキャリアガスの流量を増加させると、輸送する原料ガスの量を増加させることができる。これにより、基板３へ供給する原料ガスの量を増加させて、基板３上での成膜速度を向上させることが可能となり、真空蒸着法に比較して大幅に成膜速度を向上させることができる。
【００５２】
また、原料ガス輸送工程では、原料ガス輸送管６内の原料ガスの温度低下による有機原料の固化を避けるため、ヒータ１９により原料ガス輸送管６を加熱することで原料ガスの温度を制御する。
【００５３】
有機膜堆積工程は、膜形成チャンバー４で行われる。有機膜堆積工程では、上述した原料ガス輸送工程で原料ガス輸送管６を輸送されてインジェクター１８から放出された原料ガスが基板３に吸着して有機膜を形成する。
【００５４】
この有機膜堆積工程では、図２（ａ）に示すように、基板ホルダ２を矢印ａ方向に回転させる。これにより、基板３は基板ホルダ２の回転中心Ｏａを軸に自転する。そして、インジェクター１８から放出された原料ガスは、図２（ｂ）に示すように、基板３上へと拡散供給されるので、基板３が回転動作（自転）することで、基板３に形成される有機膜の膜厚分布が均一となる。
【００５５】
さて、原料ガスは有機原料が気相の状態を保つため、例えば２５０℃程度の温度となっている。このため、この原料ガスが供給される基板３の温度が上昇する。そこで、有機膜堆積工程では、基板ホルダ２内に配管７ａで冷却水等の冷却媒体を供給する。基板３は基板ホルダ２に保持されているので、基板３から基板ホルダ２内の冷却媒体に熱が移動する。そして、熱を吸収した冷却媒体は配管７ｂから外部へと排出される。このように、原料ガスの熱が基板３に伝わり、基板３の熱が基板ホルダ２に伝わり、基板ホルダ２の熱が冷却媒体に伝わり、そして外部へ排出されるというプロセスが行われることで、基板３は裏面から冷却される。
【００５６】
したがって、有機膜堆積工程では、基板３の冷却と基板３の回転動作が同時に行われることになる。よって、基板３の温度を室温付近に保って有機膜の形成が可能であるので、基板３に吸着した有機原料は、高温のガスの状態から急速冷却されることで、非晶質または微結晶な良質な有機膜が形成される。これにより、基板３上に堆積した有機膜の一部あるいは全部が結晶化してしまうことに伴う電気特性の劣化や光学特性の劣化を防ぐことができる。
【００５７】
排気工程は、膜形成チャンバー４で行われる。排気工程では、上述した各工程に先立ち、基板３が収納された膜形成チャンバー４を原料ガスの流れを制御し得る１０２〜１０３Ｐａ程度の低真空に保つ。また、有機膜堆積工程で発生した残留ガスを排気する。
【００５８】
次に、基板３の動作とインジェクター１８の配置の変形例を、本発明の第２〜第５の実施の形態として説明する。まず、図３は有機膜形成装置の第２の実施の形態を示す要部構成図で、図３（ａ）は膜形成チャンバー内の要部斜視図、図３（ｂ）は側断面図である。第１の実施の形態と同様に、膜形成チャンバー４内でインジェクター１８は基板ホルダ２に対向して設けられるが、第２の実施の形態の有機膜形成装置では、基板ホルダ２の回転中心Ｏａとインジェクター１８からの原料ガスの入射軸を一致させない。
【００５９】
基板ホルダ２は、回転中心Ｏａに基板３の中心が一致するようにこの基板３を保持する機構を備えている。これにより、図示しない駆動手段により基板ホルダ２が回転すると、基板３は基板ホルダ２の回転中心Ｏａを軸に自転することになる。これに対して、インジェクター１８からは、基板３の中心からずれた位置に向けて原料ガスが放出される。なお、図示しないが第２の実施の形態の有機膜形成装置の全体構成は図１に示すものと同じである。
【００６０】
以下に、第２の実施の形態の有機膜形成装置の動作を説明する。なお、気化昇華工程、キャリアガス導入工程、原料ガス輸送工程および排気工程は第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。
【００６１】
この有機膜堆積工程では、図３（ａ）に示すように、基板ホルダ２を矢印ａ方向に回転させる。これにより、基板３は基板ホルダ２の回転中心Ｏａを軸に自転する。このとき、インジェクター１８から放出された原料ガスは、図３（ｂ）に示すように、基板３の中心からずれた範囲へと拡散供給されるが、基板３が回転動作（自転）しているので、原料ガスは基板３の全面に供給されることになる。
【００６２】
このように、基板ホルダ２の回転中心、ここでは基板３の回転中心と、インジェクター１８からの原料ガスの入射軸をずらして配置することで、第１の実施の形態と比較して、約２倍の辺長、面積にして約４倍の面積に均一に成膜することが可能であり、基板３に形成される有機膜の膜厚分布の均一性が向上する。なお、第２の実施の形態においても、有機膜堆積工程で基板３の冷却も同時に行われ、これにより、膜厚が均一で、かつ非晶質または微結晶な良質な有機膜が形成できる。
【００６３】
図４は有機膜形成装置の第３の実施の形態を示す要部構成図であり、図４（ａ）は膜形成チャンバー内の要部斜視図、図４（ｂ）は側断面図である。第３の実施の形態の有機膜形成装置は、複数枚の基板３に対して一度に成膜を行えるようにしたものである。
【００６４】
すなわち、基板ホルダ２は、回転中心Ｏａに対して同一円周上に複数枚の基板３を保持する機構を有する。これにより、図示しない駆動手段により基板ホルダ２が回転すると、各基板３は基板ホルダ２の回転中心Ｏａを軸に公転することになる。また、インジェクター１８は、複数枚の基板３が並ぶ円周上に入射軸が一致するように、基板ホルダ２と対向配置される。これにより、基板ホルダ２の回転中心Ｏａとインジェクター１８からの原料ガスの入射軸は一致せず、基板ホルダ２が回転することによる各基板３の移動経路に対向してインジェクター１８が配置される。なお、図示しないが第３の実施の形態の有機膜形成装置の全体構成は図１に示すものと同じである。
【００６５】
以下に、第３の実施の形態の有機膜形成装置の動作を説明する。なお、気化昇華工程、キャリアガス導入工程、原料ガス輸送工程および排気工程は第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。
【００６６】
この有機膜堆積工程では、図４（ａ）に示すように、基板ホルダ２を矢印ａ方向に回転させる。これにより、各基板３は基板ホルダ２の回転中心Ｏａを軸に公転する。このとき、インジェクター１８から放出された原料ガスは、図４（ｂ）に示すように、インジェクター１８の前に位置する基板３へと拡散供給されるが、各基板３が基板ホルダ２の回転中心Ｏａを軸に公転しているので、全ての基板３がインジェクター１８の前を通過することになり、各基板３へ原料ガスが供給される。
【００６７】
第３の実施の形態では、基板ホルダ２のサイズを第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態の場合と同じとすると、第１の実施の形態と比較して約半分の辺長すなわち約１／４の面積の大きさの基板３を複数個保持できる。そして、一度の有機膜堆積工程で複数枚の基板３に有機膜を形成できることから、小サイズの基板３を大量生産できる。なお、第３の実施の形態においても、有機膜堆積工程で基板３の冷却も同時に行われ、これにより、非晶質または微結晶な良質な有機膜を、一度の有機膜堆積工程で複数の基板３に形成できる。
【００６８】
なお、上述した第１〜第３の実施の形態において、基板ホルダ２の回転は、一方向のみの回転動作、正逆両方向の回転動作、あるいは正逆両方向の回転動作の繰り返し等が行われるものとする。
【００６９】
図５は有機膜形成装置の第４の実施の形態を示す要部構成図であり、図５（ａ）は膜形成チャンバー内の要部斜視図、図５（ｂ）は側断面図である。第４の実施の形態の有機膜形成装置も、複数枚の基板３に対して一度に成膜を行えるようにしたものである。
【００７０】
基板ホルダ２０は、基板３を保持するホルダ２１と、各ホルダ２１を回転自在に支持するメインホルダ２２と、各ホルダ２１に対する冷却媒体の供給および排出を行う背面ホルダ２３とから構成される。
【００７１】
背面ホルダ２３は内部が中空構造で、背面側に接続された２系統の配管７ａ，７ｂから冷却媒体の供給および排出が行われる。基板ホルダ２０は図示しない駆動手段からの駆動力を受けて回転動作を行うので、配管７ａ，７ｂに対して回転自在となるように、例えば磁気シール２ａを介して配管７ａ，７ｂと背面ホルダ２３が接続される。
【００７２】
ホルダ２１は内部が中空構造で、配管２４ａ，２４ｂで背面ホルダ２３と接続されている。ホルダ２１は背面ホルダ２３に対して回転自在とするので、配管２４ａ，２４ｂに対して回転自在となるように、磁気シール２１ａを介して配管２４ａ，２４ｂと接続される。
【００７３】
メインホルダ２２と背面ホルダ２３は一体構造で、メインホルダ２２は図示しない駆動手段の駆動力を第１のシャフト２５で受けて回転する。これにより、基板ホルダ２０全体の回転は第１のシャフト２５により行われる。第１のシャフト２５は中空構造で、第２のシャフト２６が回転自在に通されている。そして、第２のシャフト２６の先端にはホルダ回転用ギア２７が取り付けられている。ホルダ２１の外周には図示しないギアが設けられ、このギアとホルダ回転用ギア２７がかみ合っている。これにより、ホルダ２１は基板ホルダ２０の回転中心に対して同一円周上に並んで設けられ、また、第２のシャフト２６が回転するとホルダ２１が回転する。
【００７４】
さて、ホルダ２１は、回転中心Ｏｂに基板３の中心が一致するようにこの基板３を保持する機構を備えている。これにより、図示しない駆動手段によりホルダ２１が回転すると、基板３はホルダ２１の回転中心Ｏｂを軸に自転することになる。
【００７５】
したがって、第１のシャフト２５を回転させることでメインホルダ２２を回転させると、基板ホルダ２０全体の回転中心Ｏａを軸に各基板３は公転するとともに、第２のシャフト２６を回転させることでホルダ２１を回転させると、基板３はホルダ２１の回転中心Ｏｂを軸に自転することになる。
【００７６】
また、インジェクター１８は、複数のホルダ２１が並ぶ円周上に入射軸が一致するように、基板ホルダ２０と対向配置される。これにより、基板ホルダ２０全体の回転中心Ｏａとインジェクター１８からの原料ガスの入射軸は一致せず、基板ホルダ２０が回転することによる各基板３の移動経路に対向してインジェクター１８が配置される。したがって、ある基板３がインジェクター１８と対向する位置にあるとき、ホルダ２１の回転中心Ｏｂとインジェクター１８からの原料ガスの入射軸は一致する。なお、図示しないが第３の実施の形態の有機膜形成装置の全体構成は図１に示すものと同じである。
【００７７】
以下に、第４の実施の形態の有機膜形成装置の動作を説明する。なお、気化昇華工程、キャリアガス導入工程、原料ガス輸送工程および排気工程は第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。
【００７８】
この有機膜堆積工程では、図５（ａ）に示すように、第１のシャフト２５を矢印ａ方向に回転させることで、基板ホルダ２０全体を矢印ａ方向に回転させる。これにより、各基板３は基板ホルダ２０全体の回転中心Ｏａを軸に公転する。また、第２のシャフト２６を矢印ｂ方向にさせると、図５（ｂ）に示すように、ホルダ回転用ギア２７とホルダ２１の図示しないギアとのかみ合いにより、各ホルダ２１は矢印ｃ方向に回転する。これにより、各基板３は、基板ホルダ２０全体の回転中心Ｏａに対して公転しながら自転を行う。
【００７９】
このとき、インジェクター１８から放出された原料ガスは、図５（ｂ）に示すように、インジェクター１８の前に位置する基板３へと拡散供給されるが、各基板３が基板ホルダ２の回転中心Ｏａを軸に公転しているので、全ての基板３がインジェクター１８の前を通過することになり、各基板３へ原料ガスが供給される。
【００８０】
第４の実施の形態でも、一度の有機膜堆積工程で複数枚の基板３に有機膜を形成できることから、小サイズの基板３を大量生産できる。そして、基板３へ原料ガスを供給しているときは、基板３は自転もしているので、膜厚分布が均一となる。なお、第４の実施の形態においても、有機膜堆積工程で基板３の冷却も同時に行われる、すなわち、背面ホルダ２３内に配管７ａから供給された冷却水等の冷却媒体は、各配管２４ａから各ホルダ２１へと供給される。基板３はホルダ２１に保持されているので、基板３からホルダ２１内の冷却媒体に熱が移動する。そして、熱を吸収した冷却媒体は配管２４ｂから背面ホルダ２３へ排出され、背面ホルダ２３から配管７ｂを通り外部へと排出される。これにより、非晶質または微結晶な良質な有機膜を、一度の有機膜堆積工程で複数の基板３に形成できる。ここで、インジェクター１８による原料ガスの入射軸を基板３の自転軸とずらして配置することとしても良い。また、基板ホルダ２０の回転は、一方向のみの回転動作、正逆両方向の回転動作、あるいは正逆両方向の回転動作の繰り返し等が行われるものとする。同様に、ホルダ２１の回転は、一方向のみの回転動作、正逆両方向の回転動作、あるいは正逆両方向の回転動作の繰り返し等が行われるものとする。
【００８１】
図６は有機膜形成装置の第５の実施の形態を示す要部構成図であり、図６（ａ）は膜形成チャンバー内の要部正面図、図６（ｂ）は側断面図である。基板ホルダ２８は内部が中空構造で、背面側に接続された２系統の配管２９ａ，２９ｂから冷却媒体の供給および排出が行われる。
【００８２】
基板ホルダ２８は図示しない駆動手段からの駆動力を受けて回転動作を行うので、配管２９ａ，２９ｂに対して回転自在となるように、例えば磁気シール２ａを介して配管２９ａ，２９ｂと基板ホルダ２８が接続される。また、基板ホルダ２８はスライド動作も行うので、配管２９ａ，２９ｂは可撓性を有する材質が用いられる。配管２９ａからは水や不活性ガスを利用した冷却媒体が基板ホルダ２８内に供給される。そして、基板３から熱を吸収した冷却媒体が配管２９ｂから排出されるようになっている。
【００８３】
基板ホルダ２８の外周にはギア３０が設けられ、このギア３０とかみ合うラックギア３１が膜形成チャンバー４内に設けられる。これにより、図示しない駆動手段が基板ホルダ２８に例えば＋Ｘ方向の力を加えると、ギア３０とラックギア３１のかみ合いで、基板ホルダ２８は矢印ｄ方向に回転しながら、矢印ｅ方向にスライド移動する。
【００８４】
また、基板ホルダ２８は、回転動作を行う際の回転中心Ｏａに基板３の中心が一致するようにこの基板３を保持する機構を備えている。基板ホルダ２８はスライド移動するので、回転中心Ｏａは平行移動するが、このスライド移動に伴う基板ホルダ２８の回転で、基板３は基板ホルダ２８の回転中心Ｏａを軸に自転することになる。
【００８５】
インジェクター１８は基板ホルダ２に対向して設けられるが、平行移動する基板ホルダ２８の回転中心Ｏａとインジェクター１８からの原料ガスの入射軸が一致しない位置となるように、インジェクター１８の位置が決められている。
【００８６】
以下に、第５の実施の形態の有機膜形成装置の動作を説明する。なお、気化昇華工程、キャリアガス導入工程、原料ガス輸送工程および排気工程は第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。
【００８７】
この有機膜堆積工程では、図６（ａ）に示すように、基板ホルダ２８に＋Ｘ方向の力を加えると、ギア３０とラックギア３１のかみ合いで、基板ホルダ２８は矢印ｄ方向に回転しながら、矢印ｅ方向にスライド移動する。これにより、基板３は基板ホルダ２８の回転中心Ｏａを軸に自転しながらスライド移動する。このとき、インジェクター１８から放出された原料ガスは、図６（ｂ）に示すように、基板３の中心からずれた範囲へと拡散供給されるが、基板３が自転かつスライド移動しているので、基板３上における原料ガスの供給位置が変化し、原料ガスは基板３の全面に供給されることになる。
【００８８】
同様にして、基板ホルダ２８に−Ｘ方向の力を加えると、基板ホルダ２８は矢印ａ方向に回転しながら、矢印ｆ方向にスライド移動する。以上の動作の繰り返しで、基板３はインジェクター１８の前を繰り返し通過することになる。
【００８９】
以上のように、基板３の回転を伴うスライド動作が簡単な構造で実現でき、基板３に形成される有機膜の膜厚分布の均一性が向上する。なお、第５の実施の形態においても、有機膜堆積工程で基板３の冷却も同時に行われ、これにより、膜厚が均一で、かつ非晶質または微結晶な良質な有機膜が形成できる。
【００９０】
なお、第５の実施の形態の構成と第４の実施の形態の構成を組み合わせることで、基板３を自公転させながら、スライド移動させることも可能となる。すなわち、基板ホルダ２８に図５に示すような構成で駆動される図示しないホルダを設ける。そして、基板ホルダ２８の回転に伴うスライド移動とともに、各ホルダが基板ホルダ２８に対して回転する構成とすることで、複数の基板３がそれぞれは自転しながら、基板ホルダ２８の回転中心Ｏａを軸に公転しつつ、スライド移動する、とい動作を実現できる。また、インジェクター１８の位置も図６に示す位置に限るものではない。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、減圧下のチャンバー内に基板を保持し、有機原料を気相に変化させた原料ガスをキャリアガスを用いてチャンバー内に輸送して基板上に有機膜を形成する際に、原料ガスが供給される基板を移動させつつ、かつ、基板の冷却を行うものである。
【００９２】
これにより、基板の全面に原料ガスを供給しつつ、基板に吸着した原料ガスを急速に冷却することで非結晶な有機膜を形成できる。したがって、膜厚分布の均一性が向上し、熱の影響を受けていない良好な有機膜を形成することができる。よって、大画面の有機ＥＬディスプレイに用いられる有機ＥＬ発光材料等の製作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の有機膜形成装置の全体構成図である。
【図２】基板の回転動作とインジェクターの配置の関係を示す説明図である。
【図３】有機膜形成装置の第２の実施の形態を示す要部構成図である。
【図４】有機膜形成装置の第３の実施の形態を示す要部構成図である。
【図５】有機膜形成装置の第４の実施の形態を示す要部構成図である。
【図６】有機膜形成装置の第５の実施の形態を示す要部構成図である。
【図７】有機ＥＬ素子の構造の一例を示す説明図である。
【図８】有機ＥＬカラーディスプレイの概要を示す平面図である。
【図９】有機ＥＬカラーディスプレイの要部斜視図である。
【図１０】マスクを使用した膜堆積工程の一例を示す断面図である。
【図１１】従来の有機膜形成装置の説明図である。
【符号の説明】
１・・・有機膜形成装置、２・・・基板ホルダ、２ａ・・・磁気シール、３・・・基板、４・・・膜形成チャンバー、５・・・気化昇華室、６・・・原料ガス輸送管、７ａ，７ｂ・・・配管、８・・・ヒータ、９・・・圧力計、１０・・・排気管、１１・・・原料容器、１２・・・有機原料、１３・・・圧力計、１４・・・供給管、１５・・・流量コントローラ、１６・・・タンク、１７・・・ヒータ、１８・・・インジェクター、１９・・・ヒータ、２０・・・基板ホルダ、２１・・・ホルダ、２１ａ・・・シール、２２・・・メインホルダ、２３・・・サブホルダ、２４ａ，２４ｂ・・・配管、２５・・・第１のシャフト、２６・・・第２のシャフト、２７・・・ホルダ回転用ギア、２８・・・基板ホルダ、２９ａ，２９ｂ・・・配管、３０・・・ギア、３１・・・ラックギア
Claims (14)
- 基板上に有機物の薄膜を形成する有機膜形成装置において、
真空ポンプが接続されたチャンバーと、
有機原料を気相に変化させて原料ガスを生成する気化昇華手段と、
前記原料ガスとキャリアガスを混合するキャリアガス導入手段と、
前記キャリアガスにより前記原料ガスを輸送する原料ガス輸送手段と、
前記原料ガス輸送手段で輸送された前記原料ガスを前記チャンバー内に放出する放出手段と、
少なくとも１枚の前記基板を保持し、前記放出手段に対して前記基板を移動させる保持手段と、
前記保持手段に設けられ、保持している前記基板を冷却する冷却手段と
を備えたことを特徴とする有機膜形成装置。 - 前記保持手段は、保持している前記基板の面に対して直交する軸を中心に回転し、前記基板を回転動作させる
ことを特徴とする請求項１記載の有機膜形成装置。 - 前記保持手段は、保持している前記基板の面に沿った方向に移動し、前記基板をスライド移動させる
ことを特徴とする請求項１記載の有機膜形成装置。 - 前記保持手段は、前記軸を中心とした自転を行う位置に１枚の前記基板を保持する
ことを特徴とする請求項２記載の有機膜形成装置。 - 前記保持手段は、前記軸を中心とした同一円周上に複数枚の前記基板を保持し、前記各基板を前記軸を中心に公転させる
ことを特徴とする請求項２記載の有機膜形成装置。 - 前記保持手段は、前記軸を中心とした同一円周上に前記基板を保持して回転する複数のホルダを備え、前記各基板を自転させながら公転させる
ことを特徴とする請求項２記載の有機膜形成装置。 - 前記保持手段は、前記基板の面に対して直交する軸を有し、前記軸を中心とした自転を行う位置に１枚の前記基板を保持して、保持している前記基板を自転させながらスライド移動させる
ことを特徴とする請求項３記載の有機膜形成装置。 - 前記保持手段は、前記基板の面に対して直交する軸を有し、前記軸を中心とした同一円周上に複数枚の前記基板を保持して、保持している前記各基板を公転させながらスライド移動させる
ことを特徴とする請求項３記載の有機膜形成装置。 - 前記保持手段は、前記基板の面に対して直交する軸を有し、前記軸を中心とした同一円周上に前記基板を保持して回転する複数のホルダを備えて、保持している前記各基板を自公転させながらスライド移動させる
ことを特徴とする請求項３記載の有機膜形成装置。 - 基板上に有機物の薄膜を形成する有機膜形成方法において、
有機原料を気相の原料ガスへと変化させる気化昇華工程と、
前記原料ガスとキャリアガスを混合するキャリアガス導入工程と、
前記キャリアガスにより前記原料ガスを前記基板上へ輸送する原料ガス輸送工程と、
前記原料ガスの流れを制御し得る減圧下のチャンバー内で前記基板上に有機膜を形成する有機膜堆積工程と、
前記チャンバーの排気工程とを有し、
前記有機膜堆積工程では、前記基板を前記原料ガスの流れる方向と交する方向に移動させながら、かつ、前記基板を冷却しながら有機膜を形成する
ことを特徴とする有機膜形成方法。 - 前記有機膜堆積工程では、前記基板を一方向に回転させる
ことを特徴とする請求項１０記載の有機膜形成方法。 - 前記有機膜堆積工程では、前記基板を正逆両方向に回転させる
ことを特徴とする請求項１０記載の有機膜形成方法。 - 前記有機膜堆積工程では、前記基板を回転させながら、一方向にスライド移動させる
ことを特徴とする請求項１０記載の有機膜形成方法。 - 前記有機膜堆積工程では、前記基板を回転させながら、双方向にスライド移動させる
ことを特徴とする請求項１０記載の有機膜形成方法。
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| JP2002177195A JP2004022401A (ja) | 2002-06-18 | 2002-06-18 | 有機膜形成装置および有機膜形成方法 |
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