JP2004022400A - Apparatus and method for forming organic film - Google Patents
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Abstract
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、原料ガスの流れを制御することで、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12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13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14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】
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。
【0009】
図15はこのような真空蒸着法を行う真空蒸着装置の基本構成を示す説明図である。チャンバー107は図示しない排気ポンプと接続され、排気を行うことで内部を高真空とできる。ここで、真空蒸着法におけるチャンバー107内の真空度は10−3〜10−4Pa(パスカル)程度である。
【0010】
蒸発源108は原材料、ここでは有機原料を蒸発させるための加熱源で、抵抗加熱、電子ビーム加熱、赤外線加熱、高周波誘導加熱等があるが、有機膜では抵抗加熱が一般に用いられている。抵抗加熱としては、ボートと呼ばれる開口容器109に粉末状の有機原料110を入れ、開口容器109に通電することによる該開口容器109の抵抗発熱により、有機原料110を間接加熱して有機原料110を気化または昇華させるものである。
【0011】
有機膜を形成する基板111(図12等に示すITO透明電極103が形成された透明基板102に相当)は、基板ホルダ112に取り付けられ、蒸発源108と対向配置される。基板ホルダ112は、ドーム形状の治具の内側に複数の基板111を保持する。そして、基板ホルダ112の中心軸上に蒸発源108が配置され、図示しない駆動機構により公転する。
【0012】
さて、チャンバー107内を高真空として蒸発源108で有機材料110を気化または昇華させると、有機原料はビーム状に基板111に到達する。このとき、基板ホルダ112を公転させることで、膜厚分布と温度分布が均一となるようにしている。
【0013】
図16は真空蒸着装置における膜厚測定法を示す説明図である。真空蒸着装置では、基板ホルダ112は回転するので、膜堆積中の各基板111の位置は変化する。そこで、基板ホルダ112で位置の変化しない回転中心に厚み計測用のモニタガラス112aを取り付け、このモニタガラス112aに形成した有機膜を、透過式の光学膜厚計113で測定していた。
【0014】
なお、図13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17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。
【0015】
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14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。図15に示す真空蒸着装置では、マスク114が下向きに取り付けられることになる。
【0016】
以上説明した真空蒸着装置による有機膜の形成方法では、以下のような問題があった。すなわち、真空蒸着装置は基板111の位置を移動させるため基板ホルダ112を回転させる機構が必要であり、コストが高いという問題があった。また、基板ホルダ112が回転するので、基板の冷却機構を設けるのが困難であるという問題があった。
【0017】
そして、有機原料110は高温で分解しやすいという性質を持つため、基板111を冷却できないと、蒸発源108での有機原料110の加熱時の熱輻射の影響で基板111の温度が上昇し、有機膜の性能を劣化させるという問題につながる。
【0018】
また、真空蒸着装置では、成膜速度は原材料、ここでは有機原料110の加熱温度で決定されるが、有機原料110は高温で分解しやすく、例えば、Alq3(8−キノリノールアルミニウム錯体)の加熱温度の上限は300℃〜400℃程度と低く、また、基板111への熱輻射の影響も抑えなければならないので、成膜速度を高くすることができないという問題があった。
【0019】
さらに、図17に示すマスク114を用いてRGB画素の塗り分けを行う際、基板111が回転するので、振動等でマスク114の位置がずれることがあり、画素精度が低いという問題があった。
【0020】
また、基板ホルダ112がドーム形状であり、その内側に基板111を保持するので、ビーム状に基板111に到達する有機原料の入射角度が斜めになる。このため、マスク114のパターン115のエッジ部が影となり、形成される有機膜のエッジがシャープにならないという問題があった。
【0021】
そして、基板111が回転するので、成膜中の各基板111の膜厚測定は困難であるという問題があった。
【0022】
一方、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。
【0023】
図18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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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、キャリアガスを用いてチャンバー120内に送られ、基板111に吸着して有機膜を形成する。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、有機気相蒸着法では、原料ガスの輸送がキャリアガスを用いて行われるので、基板までの原料ガスの輸送時間が長くかかる。これは、成膜速度を制御する時定数が真空蒸着法に比較して大きいことを意味する。その結果、成膜速度の制御性が大変悪い。また、基板に均一に原料ガスを供給できないので、膜厚分布にばらつきを生じる。
【0032】
このように、成膜速度が不安定で膜厚分布にばらつきがあると、有機膜の緻密さが不均質になり、良質な有機膜を形成できないという問題がある。例えば、電流注入型の有機発光材料においては、局所的な電流集中による発光寿命の低下や、有機膜の電気抵抗の増加による消費電力の増加等の問題を生じる。さらに発光の色純度も低下する。また、基板へ輸送されるドーピングガスの量が成膜速度により変動することになるため、有機膜中のドーピング濃度が不均質になるという問題を生じる。
【0033】
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、良質な有機膜を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。
【0034】
【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、基板を保持する保持手段を有するチャンバーと、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チャンバー内に輸送し、基板へ向けて該原料ガスを放出する原料ガス輸送手段と、チャンバー内の基板と対向して設けられ、基板へ向けての原料ガスの流れる方向を変化させる方向制御手段と、チャンバーの排気を行う排気手段とを備えたものである。
【0035】
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となるガス、例えば、N2、Ar(アルゴン)、He(ヘリウム)、H2(水素)、アンモニア、メタン等を混合し、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。
【0036】
このとき、方向制御手段で基板へ向かう原料ガスの流れる方向を変化させることで、基板の全面に原料ガスを供給することができる。これにより、基板内での膜厚分布が均一となり、良質な有機膜を形成できる。
【0037】
また、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、基板が収納されるチャンバーと、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チャンバー内に輸送する原料ガス輸送手段と、チャンバー内に、原料ガス輸送手段で原料ガスが供給される原料ガス室と基板が収納される膜形成室とを形成し、原料ガス室と膜形成室との間で該膜形成室側の圧力が低くなる差圧を生じさせる差圧発生手段と、膜形成室の排気を行う排気手段とを備えたものである。
【0038】
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輸送する。
【0039】
このとき、原料ガス輸送手段で原料ガスが供給される原料ガス室と基板が収納される膜形成室との間で、差圧発生手段により膜形成室側の圧力が低くなる差圧を生じているので、原料ガス室から膜形成室への原料ガスの輸送が促進される。これにより、膜形成室に安定して原料ガスが供給されるので、成膜速度が安定し、良質な有機膜を形成できる。
【0040】
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、基板へ向けての原料ガスの流れる方向を、少なくとも基板の面に沿った一の方向に変化させながら有機膜を形成するものである。
【0041】
本発明に係る有機膜形成方法では、有機原料を気相の原料ガスに変化させ、この原料ガスにキャリアガスとなるガス、例えば、N2、Ar、He、H2、アンモニア、メタン等を混合して基板上へ供給する。このとき、基板へ向かう原料ガスの流れを一の方向に変化させながら有機膜が形成されるので、基板内での膜厚分布が均一となり、良質な有機膜を形成できる。
【0042】
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、基板上に有機膜を形成する有機膜堆積工程と、排気工程とを有し、原料ガス輸送工程は、原料ガスを充満させる原料ガス室と基板を収納する膜形成室との間で行われ、原料ガス室より膜形成室の圧力を低下させて、原料ガス室から膜形成室へと原料ガスを輸送するものである。
【0043】
本発明に係る有機膜形成方法では、有機原料を気相の原料ガスに変化させ、この原料ガスにキャリアガスを混合して基板上へ供給する。このとき、原料ガスが供給される原料ガス室と基板が収納される膜形成室との間で、膜形成室側の圧力を低下させるので、原料ガス室から膜形成室への原料ガスの輸送が促進される。これにより、膜形成室に安定して原料ガスが供給されるので、成膜速度が安定し、良質な有機膜を形成できる。
【0044】
【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、気相の有機原料をキャリアガスを用いて輸送する際に、方向制御手段を構成する方向制御板2で原料ガスの流れる方向を変化させることで、固定された基板3の全面に有機原料を供給できるようにして、基板3内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12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。
【0045】
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。
【0046】
膜形成チャンバー4には基板3を保持する基板ホルダ7が設けられる。この基板ホルダ7は、冷却手段として、例えば冷却管8から供給される冷却水を循環させる機構を有し、保持している基板3を裏面側から冷却する。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17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。このため、基板ホルダ7にマスク114を保持する手段、例えば磁化部材を備える。
【0047】
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。
【0048】
ここで、図示しないが膜形成チャンバー4に加熱手段を構成するヒータと温度計を設け、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ようにしてもよい。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
ここで、本実施の形態では、独立した気化昇華室5が2組設けられる。これら気化昇華室5のそれぞれには供給管14が接続される。各供給管14にはそれぞれ流量コントローラ15が設けられる。また、各供給管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等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独立して制御される。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。
【0055】
各供給管14の流量コントローラ15より下流側には加熱手段を構成するヒータ17が設けられる。また、各供給管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。
【0056】
各気化昇華室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と対向する位置にインジェクター18が設けられる。そして、インジェクター18に方向制御板2が設けられる。
【0057】
図2は方向制御板2の一例を示すインジェクター18の斜視図である。インジェクター18は、例えばパイプ形状を有し、開口している放出口に複数枚、例えば3枚の方向制御板2が取り付けられる。各方向制御板2は板状で、軸2aを支点に回転自在であり、インジェクター18から放出される原料ガスの流れる向きを変化させる。各方向制御板2の軸2aは図示しない駆動手段と接続され、各方向制御板2は駆動力を受けて動く。ここで、図1および図2の方向制御板2は、水平方向の軸2aを有して上下に振れる構造であるが、方向制御板としては、垂直方向の軸を有して左右に振れる構造でもよい。
【0058】
図1に戻り、原料ガス輸送管6には加熱手段を構成するヒータ19が設けられ、方向制御板2および輸送される原料ガスが加熱される。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方向制御板2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。なお、方向制御板2に熱電対を利用した温度計を設けて、方向制御板2の温度を直接測定できるようにしても良い。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
ここで、インジェクター18には方向制御板2が設けてあるので、インジェクター18から放出された原料ガスの流れる方向は、この方向制御板2を動かすことで制御される。
【0069】
図3は方向制御板2の動作例を示す説明図である。インジェクター18に3枚の方向制御板2を設けた場合、各方向制御板2は軸2aを支点に回転する。そして、図3(a)に示すように、各方向制御板2が連動して同じ方向に動作する場合、図示しない駆動手段から駆動力を受けて、各方向制御板2が実線で示す位置から二点鎖線で示す位置まで同じ方向に動くことで、インジェクター18から放出される原料ガスの流れが一の方向、ここでは上下に振られる。これにより、基板3の位置が固定されていても、基板3の全面に原料ガスを供給することができ、基板3上での膜厚分布を均一にできる。
【0070】
また、図3(b)に示すように、各方向制御板2が独立して動作する場合、両端の方向制御板2が実線で示す位置から二点鎖線で示す位置まで、中央の方向制御板2に対して接近および離間する方向に動くことで、インジェクター18から放出される原料ガスの流れがやはり上下に振られる。これにより、基板3の全面に原料ガスを供給して、膜厚分布を均一にできる。
【0071】
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7に冷却管8で冷却水を供給して、基板3が室温程度の温度を保つように温度制御を行う。また、基板3の冷却を効率良く行うため、ペルチェ効果が得られる図示しない電極を基板ホルダ7に備え、この電極が基板3から吸収した熱を、冷却管8で冷却するような構成とすると良い。
【0072】
このように、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。また、基板3の温度を室温程度に保てることから、基板3として熱に弱いプラスチック基板を用いることも可能となる。よって、本実施の形態の有機膜形成装置1では、フレキシブルディスプレイを構成する有機EL発光素子を製作できることになる。
【0073】
ここで、カラーディスプレイに用いる発光材料を製作する場合、有機膜堆積工程で図17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。図1に示す有機膜形成装置1は、有機膜堆積工程中、基板3の位置は固定され、動かないので、基板3が可動することによる振動等でマスク114が動いて、有機膜の形成位置がずれる、ということはない。また、方向制御板2で原料ガスの流れを変化させながら成膜するので、基板3に対する原料ガスの入射角度が可変となる。したがって、マスク114のエッジ近傍にも原料ガスが供給され、所定のサイズの有機膜を形成できる。よって、各画素内の膜厚分布が均一になる。
【0074】
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。この排気工程では、排気速度が一定となるように制御して、膜形成チャンバー4内の圧力が急激に変化することを防ぐ。
【0075】
以上説明したように、第1の実施の形態の有機膜形成装置では、原料ガス輸送管6のインジェクター18に方向制御板2を設けて、原料ガスの流れる方向を制御するようにしたので、基板3を移動させることなく、基板3の全面に原料ガスを供給でき、基板3内での膜厚分布を均一にできる。
【0076】
図4は方向制御板の変形例を示す説明図で、図4(a)はインジェクター18の断面図、図4(b)は方向制御板20の斜視図である。方向制御板20は板状で、一方の端部が軸20aを支点に回転自在に原料ガス輸送管6のインジェクター18に取り付けられている。この方向制御板20の他方の端部側は2分割され、第1の方向制御板21aと第2の方向制御板21bが設けられる。これら第1の方向制御板21aと第2の方向制御板21bの少なくとも一方は、方向制御板20本体と独立して動作自在な構成とする。例えば、第1の方向制御板21aを軸20bを支点に方向制御板20に対して回転自在な構成とする。
【0077】
このような構成によって、方向制御板20は、第1の方向制御板21aの角度を第2の方向制御板21bに対して異ならせることができる。なお、各方向制御板20の軸20aは図示しない駆動源と接続され、各方向制御板20は駆動力を受けて、例えば連動して同じ方向に動く。
【0078】
以上の構成では、インジェクター18から放出された原料ガスの流れる方向が、方向制御板20で制御されるが、方向制御板20には独立して角度が調整できる第1の方向制御板21aが設けられているので、原料ガスの流れる方向をより細かく制御可能となる。
【0079】
図5は方向制御板の他の変形例を示す説明図で、図5(a)はインジェクター18の断面図、図5(b)はインジェクター18の斜視図である。方向制御板22は左右方向制御板23と上下方向制御板24とから構成される。2枚の左右方向制御板23は対向配置され、連結部材25により接続される。この2枚の左右方向制御板23は、軸23aを支点に回転自在に原料ガス輸送管6のインジェクター18に取り付けられ、一体に動作する。
【0080】
2枚の左右方向制御板23の間には、複数枚、ここでは3枚の上下方向制御板24が設けられる。各上下方向制御板24は、軸24aを支点に回転自在に左右方向制御板23間に取り付けられる。
【0081】
なお、左右方向制御板23の軸23aは図示しない駆動源と接続され、左右方向制御板23は駆動力を受けて動く。また、各上下方向制御板24の軸24aは図示しない駆動源と接続され、各上下方向制御板24は駆動力を受けて、例えば連動して同じ方向に動く。
【0082】
以上の構成では、左右方向制御板23が軸23aを支点に動作することで、インジェクター18から放出された原料ガスの流れる方向を左右に制御する。また、上下方向制御板24が軸24aを支点に動作することで、原料ガスの流れる方向を上下に制御する。
【0083】
これにより、上下、左右に原料ガスの流れる方向を制御できる。よって、基板3のサイズが大きくなっても、基板3の全面に原料ガスが供給でき、基板3上での膜厚分布を均一にできる。
【0084】
図6はインジェクターの変形例を示す説明図で、図6(a)はインジェクターの斜視図、図6(b)はインジェクターの断面図である。この例は、1枚の基板3に対向して多数のインジェクター18を設けたものであり、各インジェクター18に例えば複数枚の方向制御板2を設ける。そして各方向制御板2は、軸2aを支点に動作する。
【0085】
以上の構成では、インジェクター18を多数設けることで基板3に対して広範囲に原料ガスを供給でき、かつ、各インジェクター18に方向制御板2を設けることで原料ガスの流れる方向も制御できるので、基板3のサイズが大きくなっても、基板3の全面に原料ガスが供給でき、基板3上での膜厚分布を均一にできる。
【0086】
図7は第1の実施の形態の有機膜形成装置1に設けられる膜厚測定機構の一例を示す斜視図である。第1の実施の形態の有機膜形成装置1では、方向制御板2を設けたことで、基板3の位置が固定されていても、基板3の全面に原料ガスを供給して膜厚分布を向上させることができる。このため、基板3は基板ホルダ7に取り付けられ、膜形成チャンバー4内で位置が固定されている。
【0087】
そこで、基板3と対向する位置に膜厚測定手段として反射式の光学膜厚計25を備える。これにより、有機膜堆積工程中の基板3上に形成された有機膜3aの膜厚を直接測定できるという、いわゆるIN−SITUモニタが行える。
【0088】
すなわち、有機膜堆積工程では、原料ガス輸送管6のインジェクター18から放出された原料ガスが基板3に供給され、有機膜3aが形成されていくが、この工程中、光学膜厚計25の出力を監視し、所定の膜厚が得られたところで原料ガスの供給を停止する制御を行うことで、所望の膜厚の有機膜が得られる。なお、原料ガスの供給の停止は、流量コントローラ15あるいは図示しないバルブにより原料ガスの供給を停止することで行われる。
【0089】
このように、基板3の膜厚を直接測定しながら有機膜堆積工程を行うことで、各基板3で同じ厚みの有機膜を形成できることから、ロット間の膜厚再現精度が大幅に向上する。
【0090】
図8は膜厚制御の一例を示す説明図である。さて、図6に示すように、1枚の基板3に対して複数のインジェクター18を用いて有機膜を形成することで、サイズの大きな基板に有機膜を形成できる。そして、各インジェクター18と対応させて光学膜厚計25を設けることで、膜厚の均一性を向上させる。ここで、本例では各インジェクター18からの原料ガスの供給の有無を独立して切り替えられる構成が備えられているものとする。例えば、各インジェクター18毎に気化昇華室5を接続し、各気化昇華室5毎に流量コントローラ15−1〜nを備えた供給管14を接続するような構成とするとよい。
【0091】
以下に動作を説明すると、基板3上において、主にインジェクター18−1から放出された原料ガスで有機膜3aを形成している範囲の膜厚を光学膜厚計25−1で測定する。また、主にインジェクター18−nから放出された原料ガスで有機膜3aを形成している範囲の膜厚を光学膜厚計25−nで測定する。図示しないが、他の各インジェクター18に対しても、同様にそれぞれ光学膜厚計25で膜厚を測定する。
【0092】
そして、光学膜厚計25での実測膜厚<設計膜厚なら、原料ガスの供給を続ける。これに対して、光学膜厚計25での実測膜厚=設計膜厚なら、原料ガスの供給を停止する。この制御を各インジェクター毎に行うことで、非常にサイズの大きな基板であっても、膜厚の均一性が向上する。
【0093】
なお、光学膜厚計25では基板に対する光の入射角は90度としているが、光の入射角を45度としてもよい。この場合、反射光をビームスプリッタでp波とs波で分離して処理を行うことになるが、膜厚の測定精度は向上する。
【0094】
図9は第2の実施の形態の有機膜形成装置の全体構成図である。第2の実施の形態の有機膜形成装置31は、チャンバー32内を差圧発生手段を構成する多孔板33で仕切り、基板34へ供給する原料ガスの輸送を促進するものである。ここで、基板34とは、図12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基板等である。
【0095】
チャンバー32は内部を外気と遮断する例えば略筒状の容器であり、多孔板33で仕切られて膜形成室35と原料ガス室36が形成される。膜形成室35には、基板34の保持手段を構成する基板ホルダ37が設けられる。
【0096】
基板ホルダ37は、保持している基板34の冷却手段として、例えば、冷却管38から供給される冷却水を循環させる機構を有し、保持している基板34を裏面側から冷却する。
【0097】
原料ガス室36には、気化昇華手段を構成する気化昇華装置40が設けられる。気化昇華装置40は固相の有機原料を気化または昇華させて原料ガスを生成するもので、本実施の形態では2組の気化昇華装置40が設けられる。ここで、気化昇華装置40の数は2個に限るものではない。
【0098】
気化昇華装置40は例えば抵抗加熱法により粉末状の有機原料を気化または昇華させるもので、気化昇華装置40はボート形状の原料容器41と、原料容器41に通電する図示しない通電機構を備える。
【0099】
原料容器41は、高融点でかつ有機原料と反応しない例えばTa等の材質で作られる。原料容器41に通電すると抵抗となって発熱する。これにより原料容器41に有機原料42aを入れて通電すると、原料容器41が発熱することにより有機原料42a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。
【0100】
原料容器41はキャリアガス導入手段を構成する混合管43に入れられる。混合管43は原料ガス室36内に設けられ、キャリアガス導入手段を構成するガス供給装置44と接続される。ガス供給装置44は、各種有機原料に対して例えば不活性なN2等のガスが入れられたタンク45と、このタンク45と各混合管43のそれぞれの一方の端部を接続した複数の供給管46aと、各供給管46aとタンク45の間に設けられる調整バルブ47と、各供給管46aにそれぞれ設けられる圧力調整器48a、流量計48bおよび切替バルブ48cとを備える。
【0101】
調整バルブ47は、タンク45から各供給管46aへ供給するキャリアガスの流量を制御する。圧力調整器48aは、各供給管46aを流れるキャリアガスの圧力を制御する。流量計48bは、各供給管46aを流れるキャリアガスの流量を計測する。切り替えバルブ48cは、キャリアガスの供給の有無を切り換える。ここで、流量計48bの出力が調整バルブ47にフィードバックされ、例えば、混合管43内が所定の圧力となるようにキャリアガスの流量が制御される。
【0102】
混合管43の他方の端部は開口して放出口49が形成される。放出口49は原料ガス室36内に設けられ、気化昇華装置40で有機原料42aを気化あるいは昇華させて生成した原料ガスは、混合管43に供給されたキャリアガスにより放出口49から放出される。
【0103】
そして、気化昇華装置40を2組設けて、独立した雰囲気中で原料ガスを生成して基板34に輸送するので、例えば、一方の有機原料をドーピング原料に置き換えることで、有機原料とドーピング原料を基板34で反応させることができる。
【0104】
さて、抵抗加熱法を利用した気化昇華装置40は、固相の有機原料を気化または昇華させる場合に使用する。これに対して、気化昇華手段として、液相の有機原料を気化する気化装置50を付加してもよい。
【0105】
気化装置50は、液相の有機原料42bが入れられる原料槽51を備える。この原料槽51は、密封できる容器である。そして、この原料槽51に供給管46bと原料ガス輸送管52が接続される。供給管46bは、原料槽51内の有機原料42bに届く高さに放出口53が設けられる。そして、供給管46bにも圧力調整器48a、流量計48bおよび切替バルブ48cが設けられる。
【0106】
原料ガス輸送管52は、原料槽51内の有機原料42bに届かない高さに吸入口54が設けられ、放出口55は、原料ガス室36内に設けられる。これにより、供給管46bから供給されるキャリアガスは気泡として有機原料42b内を通り、蒸気となった有機原料を原料ガス輸送管52で基板34へと輸送する。なお、このような機構をバブラーと称す。また、原料槽51の少なくとも有機原料42bが入れられる高さまでを液体56に浸す温度制御槽57を設け、図示しないヒータで液体56の温度を制御することで、原料槽51内の有機原料42bの温度を制御する。
【0107】
チャンバー32の周囲には加熱手段を構成する加熱冷却器58が設けられる。この加熱冷却器58は膜形成室35および原料ガス室36に対応して設けられ、膜形成室35の内部、原料ガス室36の内部および多孔板33の温度制御を行う。
【0108】
なお、図示しないが、各混合管43のそれぞれにヒータを設けて、原料ガスの温度制御を個別にできるようにしてもよい。また、供給管46a,46bのそれぞれにヒータを設けて、キャリアガスの温度制御を個別にできるようにしてもよい。
【0109】
チャンバー32の膜形成室35には排気管59が設けられ、この排気管59にトラップタンク60、スロットバルブ61および真空ポンプ62が取り付けられる。真空ポンプ62は膜形成室35内を排気して、該膜形成室35内の圧力を制御する。
【0110】
膜形成室35と原料ガス室36を仕切る多孔板33は、排気管59の径に比較して十分小さく、原料ガスの粒子より十分大きい微小穴33aが多数開けられており、真空ポンプ62で膜形成室35内を排気すると、原料ガス室36から膜形成室35への原料ガスの供給量と膜形成室35からの排気量に差が生じる。
【0111】
よって、混合管43あるいは原料ガス輸送管52から原料ガス室36内に原料ガスを供給すると、原料ガス室36内の圧力が上がり、真空ポンプ62で膜形成室35内を排気すると、膜形成室35内の圧力が下がる。これにより、原料ガス室36内の圧力をP1、膜形成室35内の圧力をP2とすると、P1>P2の関係が成立する。
【0112】
そして、膜形成室35と原料ガス室36のそれぞれに圧力計63,64を設け、各圧力計の出力をフィードバックして、P1>P2となるように、キャリアガスの流量を制御することで原料ガスの供給量が制御されるとともに、真空ポンプ62による排気量が制御される。この真空ポンプ62による排気量の制御は、例えばスロットバルブ61の開閉で制御される。なお、基板34上に吸着しなかった有機原料等はトラップタンク60で凝縮させ、スロットバルブ61や真空ポンプ62に到達しないようにしてある。
【0113】
ここで、膜形成室35に対して基板34を出し入れ自在とするため、例えば、チャンバー32に開閉部を設けた分割構造とし、この開閉部を閉じたときは気密性が保てるようにすることで、基板34の着脱ができるようにする。
【0114】
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31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、キャリアガスの導入および原料ガスとの混合を行うキャリアガス導入工程、原料ガスを基板34上に輸送する原料ガス輸送工程、基板34上への有機膜堆積工程および排気工程で構成される。
【0115】
気化昇華工程では、気化昇華装置40において有機原料42aが入れられた原料容器41に通電し、原料容器41の抵抗発熱で有機原料42a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。また、気化装置50で原料槽51内の有機原料42bを加熱して蒸発させて、原料ガスを生成する。本実施の形態では、原料ガスの供給源が3種類設けられているが、これらは有機原料の種類等に応じて単独で使用されたり、組み合わせて使用される。
【0116】
そして、気化昇華工程では、原料容器41の温度や原料容器41への通電電流値が監視され、有機原料42aが気化または昇華する温度が保たれるように通電値等が制御される。また、原料槽51の温度等が監視され、有機原料42bが気化する温度が保たれるように制御される。
【0117】
キャリアガス導入工程では、タンク45のキャリアガスを必要に応じて各混合管43の両方、あるいはどちらか一方に送る。各供給管46aには調整バルブ47、圧力調整器48a、流量計48bそして切替バルブ48cが設けられており、混合管43に送るキャリアガスの圧力および流量が制御される。
【0118】
混合管43では圧力と流量が制御されたキャリアガスと原料ガスが混合し、放出口49から放出される。これにより、キャリアガスの供給の有無に応じて、各混合管43のいずれか一方あるいは両方から原料ガスが放出され、原料ガス室36内に充満する。
【0119】
また、タンク45のキャリアガスを原料槽51に供給すると、キャリアガスが気泡として有機原料42b内を通り、蒸気となった有機原料が原料ガス輸送管52から原料ガス室36に供給される。
【0120】
原料ガス室36は加熱冷却器58で加熱され、ガス化した有機原料が固化せず、かつ分解しないように恒温化されている。そして、原料ガス室36へと供給された原料ガスの加熱温度を、熱電対等を利用した図示しない温度計により監視し、PID温度制御による加熱冷却器58の制御により、厳密に原料ガス温度が定温制御される。
【0121】
原料ガス輸送工程では、原料ガス室36内の原料ガスが膜形成室35に輸送される。そして、原料ガスを膜形成室35に輸送するため、排気工程として、真空ポンプで膜形成質35内を排気する。真空ポンプ62で膜形成室35内を排気すると、原料ガス室36と膜形成室35の間を多孔板33で仕切っているので、原料ガス室36から膜形成室35への原料ガスの供給量と膜形成室35からの排気量に差を生じさせることができる。
【0122】
すなわち、原料ガス室36から多孔板33の微小穴33aを通過しての膜形成室35への原料ガスの供給量に対して、膜形成室35からの排気管59を通しての排気量が多くなるように真空ポンプ62で排気すると、原料ガス室36内の圧力P1>膜形成室35内の圧力P2となる。このように、P1>P2となると、ガスは圧力が高い方から低い方へ移動するので、原料ガス室36から膜形成室35への原料ガスの輸送が促進され、また、膜形成室35から原料ガス室36への逆流も生じることはない。よって、基板34への原料ガスの供給量が安定する。
【0123】
そして、圧力計63で膜形成室35内の圧力を測定するとともに、圧力計64で原料ガス室36内の圧力を測定して、P1>P2の関係が維持されるように膜形成室35および原料ガス室36の圧力が制御される。
【0124】
ここで、原料ガス室36の圧力を上げることでP1>P2の関係を維持する場合は、混合管43あるいは原料ガス輸送管52から原料ガス室36内に原料ガスを供給する。原料ガスを供給するためには、例えば、気化昇華装置40を使用している場合は、原料容器41に通電して原料ガスを生成するとともに、タンク45から混合管43にキャリアガスを供給することで、原料ガスを原料ガス室内に供給する。また、膜形成室35の圧力を下げることでP1>P2の関係を維持する場合は、真空ポンプ62による排気量を増やす。
【0125】
有機膜堆積工程では、原料ガス輸送工程で原料ガス室36から多孔板33を通過して膜形成室35へと輸送された原料ガスが基板34に吸着して有機膜を形成する。さて、原料ガス室36内の圧力P1>膜形成室35内の圧力P2として、原料ガス室36から膜形成室35へと原料ガスを輸送することで、原料ガス室36から膜形成室35への原料ガスの輸送が促進され、基板34への原料ガスの供給量が安定する。これにより、成膜速度が向上する。なお、基板ホルダ37に水冷によって基板34を冷却する機構を設けて、基板34を室温に保つようにする。これにより、基板34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。
【0126】
排気工程では、膜形成室35を102Pa程度の低真空に保ちつつ、上述したように、原料ガス室36内の圧力P1>膜形成室35内の圧力P2の関係が得られるように、真空ポンプ62で排気を行う。この排気工程で、有機膜堆積工程で発生した残留ガスも排気される。
【0127】
以上説明したように、第2の実施の形態の有機膜形成装置では、チャンバー32内を多孔板33で仕切って原料ガス室36と膜形成室35を形成し、原料ガス室36内の圧力P1>膜形成室35内の圧力P2とできるようにしたので、原料ガス室36から膜形成室35への原料ガスの輸送が促進され、基板34へ原料ガスを安定して供給でき、成膜速度が向上する。
【0128】
図10は第2の実施の形態の有機膜形成装置の変形例を示す説明図で、図10(a)は要部側断面図、図10(b)は一部破断斜視図である。チャンバー32は多孔板33で仕切られて膜形成室35と原料ガス室36が形成される。膜形成室35には、基板34の保持手段を構成する基板ホルダ65が設けられる。
【0129】
基板ホルダ65は円板形状で、円周方向に複数枚、ここでは2枚の基板34が取り付けられる。また、基板ホルダ65は、保持している基板34の面と直交する水平方向に延在する軸66が設けられる。この軸66は中空構造で、外周面に図示しないギアが設けられる。そして、このギアに図示しない駆動機構と接続されたピニオンギア67がかみ合い、基板ホルダ65は軸66を中心に回転する。ここで、軸66はチャンバー32の外部から内部へと貫通する構造であるので、図示しないが磁気シールド等のシールド機構により、軸66を回転自在に支持するとともに、軸66を支持する部分での気密を保てるようにする。
【0130】
また、基板ホルダ65は保持している基板34の熱を吸収する構成を有し、軸66は内部に空気を循環させて基板ホルダ65を冷却する構成を有することで、空冷による基板の冷却手段が構成される。
【0131】
なお、その他の構成は、図9で説明した有機膜形成装置と同じものでよいが、基板ホルダ65に保持される各基板34に対応して原料ガスの放出口を設けることとしてもよい。
【0132】
すなわち、図9に示す混合管43のそれぞれに、2本の原料ガス輸送管68を接続し、この原料ガス輸送管68の放出口を、多孔板33を挟んで各基板34と対向する位置に設ける。また、図9に示す原料ガス輸送管52を分岐し、それぞれの放出口を多孔板33を挟んで各基板34と対向する位置に設ける。
【0133】
なお、各基板34毎に原料ガスの供給を行う場合は、各原料ガス輸送管の放出口と多孔板33との距離および基板34と多孔板33の距離は近づけた方が良い。
【0134】
以上の構成では、図示しない真空ポンプで膜形成室35の排気を行って、原料ガス室36内の圧力P1>膜形成室35内の圧力P2とすることで、原料ガス室36から膜形成室35への原料ガスの輸送が促進され、基板34へ原料ガスを安定して供給できる。このとき、基板ホルダ65を回転させることで、基板34の全面に原料ガスを供給でき、膜厚分布が向上する。また、基板ホルダ65を回転する構成としても、軸66を利用した空冷による基板冷却機構を供えることで、有機膜堆積工程における基板冷却が行える。
【0135】
図11は第2の実施の形態の有機膜形成装置の他の変形例を示す説明図で、図11(a)は要部側断面図、図11(b)は一部破断斜視図である。図11における有機膜形成装置は、図10で説明した構成において、多孔板33に排気管69を接続したものである。すなわち、多孔板33の中央に排気口70が設けられ、この排気口70に原料ガス室36側から排気管69が接続される。そして、排気管69を図示しない真空ポンプと接続することで、排気管69からも膜形成室35の排気が行える。なお、その他の構成は図10で説明した構成と同じとする。
【0136】
以上の構成では、図示しない真空ポンプで排気管59から膜形成室35の排気を行うとともに、排気管69からも膜形成室35の排気を行う。排気管69の排気口70は基板ホルダ65の中央部に対向しているので、膜形成室35内の排気ムラを抑えることができる。これにより、図11に示すように基板ホルダ65で複数の基板34を保持している場合に、各基板34へ均一に原料ガスを供給できる。また、図示しないが、サイズの大きな基板に成膜する場合、基板全面に均一に原料ガスを供給できる。よって、膜厚分布が向上する。
【0137】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、有機原料を気相の原料ガスに変化させて基板上へ供給する際に、原料ガスの流れる方向を変化させることで、基板の全面に原料ガスを供給することができる。これにより、基板内での膜厚分布が均一となり、良質な有機膜を形成できる。よって、基板の可動機構を用いる必要がなく、良質な有機膜を形成できる装置をコストを抑えて提供できる。
【0138】
また、本発明は、有機原料を気相の原料ガスに変化させて基板上へ供給する際に、原料ガスが供給される原料ガス室と基板が収納される膜形成室との間で膜形成室側の圧力を低くしているので、原料ガス室から膜形成室への原料ガスの輸送が促進される。これにより、膜形成室に安定して原料ガスが供給されるので、成膜速度が安定するとともに、成膜速度が向上し、良質な有機膜を形成できる。このように、成膜速度が安定すると、有機膜の均質性やドーピング原料の均質分散性が向上し、発光寿命が長い発光素子を製作できる。また、ドーパント型材料の発光波長の精度が向上した色純度の良い有機膜を形成できる。さらに、有機膜の欠陥が少ないので、低抵抗で消費電力の少ない発光素子を製作できる。
【0139】
これら本発明では、大画面で輝度ムラが少ない有機ELディスプレイ、高精細な有機ELディスプレイ、色純度に優れた有機ELディスプレイ等を製作できる。また、ディスプレイに限らす、色素増感型太陽光発電パネルや有機ELレーザ、有機ELダイオード等を製作できる。
【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】方向制御板の一例を示すインジェクターの斜視図である。
【図3】方向制御板の動作例を示す説明図である。
【図4】方向制御板の変形例を示す説明図である。
【図5】方向制御板の他の変形例を示す説明図である。
【図6】インジェクターの変形例を示す説明図である。
【図7】第1の実施の形態の有機膜形成装置に設けられる膜厚測定機構の一例を示す斜視図である。
【図8】膜厚制御の一例を示す説明図である。
【図9】第2の実施の形態の有機膜形成装置の全体構成図である。
【図10】第2の実施の形態の有機膜形成装置の変形例を示す説明図である。
【図11】第2の実施の形態の有機膜形成装置の他の変形例を示す説明図である。
【図12】有機EL素子の構造の一例を示す説明図である。
【図13】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14】有機ELカラーディスプレイの要部斜視図である。
【図15】真空蒸着装置の基本構成を示す説明図である。
【図16】真空蒸着装置における膜厚測定法を示す説明図である。
【図17】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18】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・・・方向制御板、2a・・・軸、3・・・基板、3a・・・有機膜、4・・・膜形成チャンバー、5・・・気化昇華室、6・・・原料ガス輸送管、7・・・基板ホルダ、8・・・冷却管、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・・・方向制御板、20a・・・軸、20b・・・軸、21a・・・第1の方向制御板、21b・・・第2の方向制御板、22・・・方向制御板、23・・・左右方向制御板、23a・・・軸、24・・・上下方向制御板、24a・・・軸、25・・・光学膜厚計、31・・・有機膜形成装置、32・・・チャンバー、33・・・多孔板、33a・・・微小穴、34・・・基板、35・・・膜形成室、36・・・原料ガス室、37・・・基板ホルダ、38・・・冷却管、40・・・気化昇華装置、41・・・原料容器、42a・・・有機原料、42b・・・有機原料、43・・・混合管、44・・・ガス供給装置、45・・・タンク、46a・・・供給管、46b・・・供給管、47・・・調整バルブ、48a・・・圧力調整器、48b・・・流量計、48c・・・切替バルブ、49・・・放出口、50・・・気化装置、51・・・原料槽、52・・・原料ガス輸送管、53・・・放出口、54・・・吸入口、55・・・放出口、56・・・液体、57・・・温度制御槽、58・・・加熱冷却器、59・・・排気管、60・・・トラップタンク、61・・・スロットバルブ、62・・・真空ポンプ、63・・・圧力計、64・・・圧力計、65・・・基板ホルダ、66・・・軸、67・・・ピニオンギア、68・・・原料ガス輸送管、69・・・排気管、70・・・排気口[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an organic film forming apparatus and an organic film forming method for forming a thin film by transporting a raw material gas obtained by converting an organic raw material into a gaseous phase onto a substrate using a carrier gas. More specifically, a good organic film can be formed by controlling the flow of the source gas.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art An organic EL (electroluminescence) element is a light-emitting material using an organic material for a light-emitting layer. This organic EL element is used as a light emitting material for various display devices such as a flat panel display used for a computer or a television receiver, a display of a mobile phone, and a display of a mobile terminal called PDA (Personal Digital Assistants). Further, it is used as a light emitting element such as a light emitting diode.
[0003]
FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating an example of the structure of the organic EL element. The
[0004]
When a voltage is applied between the ITO
[0005]
Note that the
[0006]
FIG. 13 is a plan view showing an outline of an organic EL color display formed using such an organic EL element, and FIG. 14 is a perspective view of a main part of the organic EL color display. In the
[0007]
Then, as the
[0008]
Now, the formation of an organic film using a low molecular organic substance has conventionally used a vacuum deposition method. The vacuum evaporation method is a method in which a raw material is heated and evaporated in a high vacuum, and the raw material is adsorbed on a substrate facing an evaporation source to form a thin film.
[0009]
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a basic configuration of a vacuum evaporation apparatus that performs such a vacuum evaporation method. The
[0010]
The
[0011]
A
[0012]
When the
[0013]
FIG. 16 is an explanatory diagram showing a film thickness measuring method in a vacuum evaporation apparatus. In the vacuum evaporation apparatus, the position of each
[0014]
When a color display shown in FIG. 13 or the like is formed, an organic film is formed using a mask. FIG. 17 is a sectional view showing an example of a film deposition process using a mask. The
[0015]
Then, in order to form the R, G, and B organic films, the
[0016]
The method for forming an organic film using the vacuum evaporation apparatus described above has the following problems. That is, the vacuum evaporation apparatus needs a mechanism for rotating the
[0017]
Since the organic
[0018]
In the vacuum evaporation apparatus, the film formation rate is determined by the heating temperature of the raw material, here, the organic
[0019]
Furthermore, when the RGB pixels are separately applied using the
[0020]
Further, since the
[0021]
Since the
[0022]
On the other hand, as a new organic film forming method different from the vacuum vapor deposition method, a method called organic vapor phase deposition method is disclosed in JP-A-2001-523768.
[0023]
FIG. 18 is an explanatory view of a conventional organic film forming apparatus using an organic vapor deposition method. The outline of the apparatus disclosed in JP-T-2001-523768 will be described below. The
[0024]
Two
[0025]
The other end of the
[0026]
Thereby, the source gas generated by vaporizing or sublimating the organic source in the
[0027]
The
[0028]
As a result, the carrier gas supplied from the
[0029]
An
[0030]
An organic vapor deposition method using such an apparatus is an organic film forming method in which a source gas is transported to a substrate under reduced pressure using a carrier gas, and the gas is condensed on the substrate to form a film. As a result, temperature control for vaporizing or sublimating the raw material and flow rate control of the carrier gas for feeding the raw material to the substrate, which cannot be performed by the conventional vacuum deposition method, can be performed independently. When forming a multi-component thin film by simultaneous vapor deposition of raw materials, the amounts of each component can be accurately controlled. Further, since the film is formed under reduced pressure, an organic film having a smooth surface can be formed.
[0031]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the organic vapor deposition method, the transport of the source gas is performed using the carrier gas, so that it takes a long time to transport the source gas to the substrate. This means that the time constant for controlling the film forming rate is larger than that of the vacuum deposition method. As a result, the controllability of the deposition rate is very poor. In addition, since the source gas cannot be supplied uniformly to the substrate, the thickness distribution varies.
[0032]
As described above, when the film forming rate is unstable and the film thickness distribution varies, there is a problem that the denseness of the organic film becomes inhomogeneous and a high quality organic film cannot be formed. For example, in a current injection type organic light emitting material, problems such as a decrease in light emission lifetime due to local current concentration and an increase in power consumption due to an increase in electric resistance of the organic film occur. Further, the color purity of light emission is also reduced. In addition, since the amount of the doping gas transported to the substrate varies depending on the film forming rate, there is a problem that the doping concentration in the organic film becomes non-uniform.
[0033]
The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an organic film forming apparatus and an organic film forming method capable of forming a high-quality organic film.
[0034]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, an organic film forming apparatus according to the present invention includes an organic film forming apparatus for forming a thin film of an organic material on a substrate, wherein a chamber having a holding unit for holding the substrate, Vaporization sublimation means for generating a source gas by changing the source gas, carrier gas introduction means for mixing the source gas and the carrier gas, and a source material for transporting the source gas into the chamber by the carrier gas and releasing the source gas toward the substrate The apparatus includes a gas transport unit, a direction control unit that is provided to face a substrate in a chamber and changes a flow direction of a source gas toward the substrate, and an exhaust unit that exhausts the chamber.
[0035]
In the organic film forming apparatus according to the present invention, the raw material gas is generated by changing the organic raw material into a gas phase by the vaporization sublimation means. A gas which becomes a carrier gas by the carrier gas introducing means, for example,
[0036]
At this time, by changing the direction in which the source gas flows toward the substrate by the direction control means, the source gas can be supplied to the entire surface of the substrate. As a result, the film thickness distribution in the substrate becomes uniform, and a high-quality organic film can be formed.
[0037]
Further, the organic film forming apparatus according to the present invention is an organic film forming apparatus for forming a thin film of an organic substance on a substrate, wherein a chamber for accommodating the substrate and a vaporization for generating a raw material gas by changing an organic raw material into a gas phase. Sublimation means, carrier gas introduction means for mixing the source gas and the carrier gas, source gas transport means for transporting the source gas into the chamber by the carrier gas, and source gas supplied to the chamber by the source gas transport means A differential pressure generating means for forming a source gas chamber and a film forming chamber in which a substrate is housed, and for generating a pressure difference between the source gas chamber and the film forming chamber where the pressure on the film forming chamber side is reduced; Exhaust means for exhausting the formation chamber.
[0038]
In the organic film forming apparatus according to the present invention, the raw material gas is generated by changing the organic raw material into a gas phase by the vaporization sublimation means. The raw material gas is mixed with a carrier gas by a carrier gas introducing means, and the raw material gas is transported by the raw material gas transporting means by the carrier gas.
[0039]
At this time, a pressure difference is generated between the source gas chamber in which the source gas is supplied by the source gas transport unit and the film forming chamber in which the substrate is stored, and the pressure on the film forming chamber side is reduced by the differential pressure generating unit. Therefore, the transport of the source gas from the source gas chamber to the film forming chamber is promoted. Thus, the source gas is stably supplied to the film forming chamber, so that the film forming rate is stable and a high quality organic film can be formed.
[0040]
The organic film forming method according to the present invention is the organic film forming method of forming an organic thin film on a substrate, wherein a vaporization sublimation step of changing an organic raw material into a gaseous raw material gas, and mixing the raw material gas and a carrier gas A carrier gas introduction step, a source gas transport step of transporting the source gas onto the substrate by the carrier gas, and an organic film deposition step of forming an organic film on the substrate in a chamber under reduced pressure capable of controlling the flow of the source gas. And evacuation of the chamber. In the organic film deposition step, the organic film is formed while changing the flow direction of the source gas toward the substrate at least in one direction along the surface of the substrate. .
[0041]
In the method of forming an organic film according to the present invention, the organic raw material is changed into a gaseous raw material gas, and a gas serving as a carrier gas, for example,
[0042]
Further, the organic film forming method according to the present invention is the organic film forming method of forming an organic thin film on a substrate, wherein a vaporization sublimation step of changing an organic raw material into a gaseous raw material gas; A source gas transporting step of mixing a carrier gas, a source gas transporting step of transporting the source gas onto the substrate by the carrier gas, an organic film deposition step of forming an organic film on the substrate, and an exhausting step. Is performed between a source gas chamber that fills the source gas and a film formation chamber that houses the substrate, and the pressure of the film formation chamber is reduced from the source gas chamber, so that the source gas flows from the source gas chamber to the film formation chamber. Is to transport.
[0043]
In the method of forming an organic film according to the present invention, the organic raw material is changed to a gaseous raw material gas, and a carrier gas is mixed with the raw material gas and supplied onto the substrate. At this time, the pressure on the film formation chamber side is reduced between the source gas chamber where the source gas is supplied and the film formation chamber in which the substrate is stored, so that the source gas is transported from the source gas chamber to the film formation chamber. Is promoted. Thus, the source gas is stably supplied to the film forming chamber, so that the film forming rate is stable and a high quality organic film can be formed.
[0044]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an organic film forming apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of the organic film forming apparatus according to the first embodiment. In the organic film forming apparatus 1 of the first embodiment, when transporting a vapor-phase organic raw material using a carrier gas, the direction of the raw material gas is changed by a
[0045]
The organic film forming apparatus 1 includes a film forming chamber 4 for accommodating a
[0046]
A substrate holder 7 for holding the
[0047]
A pressure gauge 9 and an
[0048]
Here, although not shown, a heater and a thermometer constituting a heating means are provided in the film forming chamber 4 so that the temperature in the film forming chamber 4 is maintained at such a temperature that the organic raw material before being adsorbed on the
[0049]
In order to allow the
[0050]
The
[0051]
The
[0052]
A
[0053]
The
[0054]
Here, in the present embodiment, two independent
[0055]
Downstream from the
[0056]
A source gas transport pipe 6 constituting source gas transport means is connected to each
[0057]
FIG. 2 is a perspective view of the
[0058]
Returning to FIG. 1, the source gas transport pipe 6 is provided with a
[0059]
Next, an embodiment of the organic film forming method of the present invention will be described as an operation of the above-described organic film forming apparatus 1. The organic film forming method according to the present embodiment includes a vaporization sublimation step of vaporizing or sublimating an organic raw material, a carrier gas introducing step of introducing a carrier gas for transportation, a raw gas transporting step of transporting the raw material gas onto the
[0060]
The vaporization sublimation step is performed in the
[0061]
Thereby, H 2 O or O 2 The inside of the
[0062]
The carrier gas introduction step is performed in the
[0063]
Here, in the carrier gas introducing step, the temperature of the carrier gas and the raw material gas is controlled by heating the
[0064]
The source gas transport step is performed in the source gas transport pipe 6. In the source gas transport step, the source gas mixed with the carrier gas in the carrier gas introduction step is transported through the source gas transport pipe 6 by the carrier gas. Then, the source gas transported by the carrier gas through the source gas supply pipe 6 is discharged from the
[0065]
In this source gas transporting step, if the flow rate of the carrier gas is increased in the above-described carrier gas introducing step, the amount of the source gas to be transported can be increased. This makes it possible to increase the amount of the source gas supplied to the
[0066]
In the raw material gas transporting step, the temperature of the raw material gas is controlled by heating the raw material gas transport tube 6 by the
[0067]
The organic film deposition step is performed in the film forming chamber 4. In the organic film deposition step, the source gas transported through the source gas transport pipe 6 in the above-described source gas transport step and released from the
[0068]
Here, since the
[0069]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an operation example of the
[0070]
Also, as shown in FIG. 3B, when the respective
[0071]
The source gas has a temperature of, for example, about 250 ° C. in order to keep the organic source in a gaseous state. Therefore, the temperature of the
[0072]
As described above, since the organic film can be formed while maintaining the temperature of the
[0073]
Here, when manufacturing a light emitting material used for a color display, a
[0074]
The evacuation step is performed in the film formation chamber 4. In the evacuation process, prior to each of the above-described processes, the film forming chamber 4 in which the
[0075]
As described above, in the organic film forming apparatus according to the first embodiment, the
[0076]
FIG. 4 is an explanatory view showing a modification of the direction control plate. FIG. 4A is a cross-sectional view of the
[0077]
With such a configuration, the
[0078]
In the above configuration, the direction in which the raw material gas discharged from the
[0079]
FIG. 5 is an explanatory view showing another modification of the direction control plate. FIG. 5A is a sectional view of the
[0080]
A plurality of, here three,
[0081]
The
[0082]
In the above configuration, the direction in which the raw material gas discharged from the
[0083]
Thereby, the flowing direction of the raw material gas can be controlled vertically and horizontally. Therefore, even if the size of the
[0084]
FIG. 6 is an explanatory view showing a modified example of the injector. FIG. 6A is a perspective view of the injector, and FIG. 6B is a sectional view of the injector. In this example, a number of
[0085]
In the above configuration, the source gas can be supplied to the
[0086]
FIG. 7 is a perspective view showing an example of a film thickness measuring mechanism provided in the organic film forming apparatus 1 according to the first embodiment. In the organic film forming apparatus 1 according to the first embodiment, by providing the
[0087]
Therefore, a reflection type optical
[0088]
That is, in the organic film deposition step, the source gas discharged from the
[0089]
As described above, by performing the organic film deposition step while directly measuring the film thickness of the
[0090]
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of film thickness control. Now, as shown in FIG. 6, by forming an organic film on a
[0091]
The operation will be described below. On the
[0092]
If the measured film thickness by the optical
[0093]
In the optical
[0094]
FIG. 9 is an overall configuration diagram of an organic film forming apparatus according to the second embodiment. In the organic film forming apparatus 31 according to the second embodiment, the inside of the
[0095]
The
[0096]
The substrate holder 37 has, for example, a mechanism for circulating cooling water supplied from a cooling
[0097]
The
[0098]
The
[0099]
The
[0100]
The
[0101]
The
[0102]
The other end of the mixing
[0103]
Then, two sets of the
[0104]
The
[0105]
The vaporizer 50 includes a
[0106]
The raw material
[0107]
A heating /
[0108]
Although not shown, a heater may be provided in each of the mixing
[0109]
An
[0110]
The
[0111]
Therefore, when the source gas is supplied into the
[0112]
Then, pressure gauges 63 and 64 are provided in each of the
[0113]
Here, in order to allow the
[0114]
Next, an embodiment of the organic film forming method of the present invention will be described as an operation of the above-described organic film forming apparatus 31. The organic film forming method of the present embodiment includes a vaporization sublimation step of vaporizing or sublimating an organic raw material, a carrier gas introducing step of introducing a carrier gas and mixing with a raw material gas, and a raw material gas of transporting the raw material gas onto the
[0115]
In the vaporization sublimation step, the
[0116]
In the vaporization sublimation step, the temperature of the
[0117]
In the carrier gas introduction step, the carrier gas in the
[0118]
In the mixing
[0119]
When the carrier gas in the
[0120]
The raw
[0121]
In the source gas transport step, the source gas in the
[0122]
In other words, the amount of exhaust gas from the
[0123]
Then, the pressure in the
[0124]
Here, when maintaining the relationship of P1> P2 by increasing the pressure of the
[0125]
In the organic film deposition step, the source gas transported from the
[0126]
In the evacuation step, the
[0127]
As described above, in the organic film forming apparatus according to the second embodiment, the
[0128]
FIG. 10 is an explanatory view showing a modification of the organic film forming apparatus according to the second embodiment. FIG. 10A is a sectional side view of a main part, and FIG. 10B is a partially cutaway perspective view. The
[0129]
The
[0130]
The
[0131]
Other configurations may be the same as those of the organic film forming apparatus described with reference to FIG. 9, but a source gas discharge port may be provided for each
[0132]
That is, two source
[0133]
When the source gas is supplied to each
[0134]
In the above-described configuration, the
[0135]
FIG. 11 is an explanatory view showing another modification of the organic film forming apparatus according to the second embodiment. FIG. 11A is a sectional side view of a main part, and FIG. 11B is a partially cutaway perspective view. . The organic film forming apparatus in FIG. 11 has a configuration in which the
[0136]
In the above configuration, the
[0137]
【The invention's effect】
As described above, the present invention supplies the source gas to the entire surface of the substrate by changing the flow direction of the source gas when the organic source is changed to a gaseous source gas and supplied to the substrate. be able to. As a result, the film thickness distribution in the substrate becomes uniform, and a high-quality organic film can be formed. Therefore, there is no need to use a movable mechanism of the substrate, and an apparatus capable of forming a high-quality organic film can be provided at a reduced cost.
[0138]
Further, the present invention provides a method for forming a film between a source gas chamber in which a source gas is supplied and a film forming chamber in which a substrate is stored, when the organic source is converted into a gaseous source gas and supplied onto a substrate. Since the pressure on the chamber side is reduced, the transport of the source gas from the source gas chamber to the film forming chamber is promoted. As a result, the source gas is stably supplied to the film formation chamber, so that the film formation rate is stabilized and the film formation rate is improved, so that a high-quality organic film can be formed. As described above, when the deposition rate is stable, the uniformity of the organic film and the uniform dispersibility of the doping material are improved, and a light-emitting element having a long light-emitting life can be manufactured. In addition, an organic film having high color purity and improved emission wavelength accuracy of the dopant type material can be formed. Further, since the organic film has few defects, a light-emitting element with low resistance and low power consumption can be manufactured.
[0139]
According to the present invention, an organic EL display having a large screen and less luminance unevenness, a high-definition organic EL display, an organic EL display excellent in color purity, and the like can be manufactured. In addition, a dye-sensitized solar power generation panel, an organic EL laser, an organic EL diode, and the like, which are not limited to the display, can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an organic film forming apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a perspective view of an injector showing an example of a direction control plate.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an operation example of a direction control plate.
FIG. 4 is an explanatory view showing a modification of the direction control plate.
FIG. 5 is an explanatory view showing another modification of the direction control plate.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a modified example of the injector.
FIG. 7 is a perspective view illustrating an example of a film thickness measuring mechanism provided in the organic film forming apparatus according to the first embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of film thickness control.
FIG. 9 is an overall configuration diagram of an organic film forming apparatus according to a second embodiment.
FIG. 10 is an explanatory view showing a modification of the organic film forming apparatus according to the second embodiment.
FIG. 11 is an explanatory view showing another modification of the organic film forming apparatus according to the second embodiment.
FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating an example of the structure of an organic EL element.
FIG. 13 is a plan view showing an outline of an organic EL color display.
FIG. 14 is a perspective view of a main part of an organic EL color display.
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a basic configuration of a vacuum evaporation apparatus.
FIG. 16 is an explanatory diagram showing a film thickness measuring method in a vacuum evaporation apparatus.
FIG. 17 is a sectional view showing an example of a film deposition step using a mask.
FIG. 18 is an explanatory view of a conventional organic film forming apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Organic film forming apparatus, 2 ... Direction control plate, 2a ... Shaft, 3 ... Substrate, 3a ... Organic film, 4 ... Film forming chamber, 5 ... Vaporization sublimation Chamber, 6: source gas transport pipe, 7: substrate holder, 8: cooling pipe, 9: pressure gauge, 10: exhaust pipe, 11: raw material container, 12 ... Organic raw material, 13 pressure gauge, 14 supply pipe, 15 flow rate controller, 16 tank, 17 heater, 18 injector, 19 heater, 20 ..Direction control plate, 20a ... axis, 20b ... axis, 21a ... first direction control plate, 21b ... second direction control plate, 22 ... direction control plate, 23 ... ..Right and left direction control plate, 23a ... axis, 24 ... vertical direction control plate, 24a ... axis, 25 ... optical film thickness meter, 31 ... Machine film forming apparatus, 32: chamber, 33: perforated plate, 33a: minute hole, 34: substrate, 35: film forming chamber, 36: source gas chamber, 37 ...・ Substrate holder, 38 ・ ・ ・ Cooling tube, 40 ・ ・ ・ Evaporation sublimation device, 41 ・ ・ ・ Material container, 42a ・ ・ ・ Organic material, 42b ・ ・ ・ Organic material, 43 ・ ・ ・ Mixing tube, 44 ・ ・ ・Gas supply device, 45 tank, 46a supply pipe, 46b supply pipe, 47 adjustment valve, 48a pressure regulator, 48b flow meter, 48c Switching valve, 49 discharge port, 50 vaporizer, 51 raw material tank, 52 raw material gas transport pipe, 53 discharge port, 54 suction port, 55 ..Discharge port, 56 ... liquid, 57 ... temperature control tank, 58 ... heating / cooling device, 59 ... exhaust pipe, 0 ... trap tank, 61 ... slot valve, 62 ... vacuum pump, 63 ... pressure gauge, 64 ... pressure gauge, 65 ... substrate holder, 66 ... shaft, 67 ・..Pinion gear, 68 ... source gas transport pipe, 69 ... exhaust pipe, 70 ... exhaust port
Claims (23)
前記基板を保持する保持手段を有するチャンバーと、
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前記チャンバー内に輸送し、前記基板へ向けて該原料ガスを放出する原料ガス輸送手段と、
前記チャンバー内の前記基板と対向して設けられ、前記基板へ向けての前記原料ガスの流れる方向を変化させる方向制御手段と、
前記チャンバーの排気を行う排気手段と
を備えたことを特徴とする有機膜形成装置。In an organic film forming apparatus for forming an organic thin film on a substrate,
A chamber having holding means for holding the substrate,
Vaporization sublimation means for generating a raw material gas by changing an organic raw material into a gas phase,
Carrier gas introduction means for mixing the source gas and the carrier gas,
A source gas transport unit that transports the source gas into the chamber by the carrier gas, and discharges the source gas toward the substrate;
A direction control unit that is provided to face the substrate in the chamber and changes a direction in which the source gas flows toward the substrate,
An organic film forming apparatus, comprising: an exhaust unit that exhausts the chamber.
ことを特徴とする請求項1記載の有機膜形成装置。2. The organic film forming apparatus according to claim 1, wherein the direction control means changes a flowing direction of the source gas in one direction along a surface of the substrate.
ことを特徴とする請求項1記載の有機膜形成装置。2. The organic film according to claim 1, wherein the direction control unit changes a flowing direction of the source gas into one direction along a surface of the substrate and another direction orthogonal to the one direction. 3. Forming equipment.
ことを特徴とする請求項1記載の有機膜形成装置。2. The organic film forming apparatus according to claim 1, further comprising a heating unit for controlling a temperature of the direction control unit.
前記方向制御手段は、少なくとも1枚の方向制御板を、前記放出口に角度を可変に備えた
ことを特徴とする請求項1記載の有機膜形成装置。The source gas transport means includes a source gas discharge port facing the substrate,
2. The organic film forming apparatus according to claim 1, wherein the direction control means has at least one direction control plate variably provided at the emission port.
ことを特徴とする請求項5記載の有機膜形成装置。6. The organic film forming apparatus according to claim 5, further comprising a driving unit for operating the direction control plate.
ことを特徴とする請求項6記載の有機膜形成装置。7. The organic film forming apparatus according to claim 6, wherein the driving unit operates the plurality of direction control plates in conjunction with each other in the same direction.
ことを特徴とする請求項6記載の有機膜形成装置。7. The organic film forming apparatus according to claim 6, wherein the driving unit operates the plurality of direction control plates independently in different directions.
ことを特徴とする請求項1記載の有機膜形成装置。2. The organic film forming apparatus according to claim 1, wherein said holding means includes means for cooling said substrate.
ことを特徴とする請求項1記載の有機膜形成装置。2. The organic film forming apparatus according to claim 1, further comprising a film thickness measuring means for measuring a film thickness of the organic film on the substrate held by the holding means.
ことを特徴とする請求項10記載の有機膜形成装置。The source gas transport unit includes a plurality of source gas discharge ports facing the substrate, and includes the film thickness measurement unit corresponding to a supply position of the source gas from each release port on the substrate. The organic film forming apparatus according to claim 10, wherein
前記基板が収納されるチャンバーと、
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前記チャンバー内に輸送する原料ガス輸送手段と、
前記チャンバー内に、前記原料ガス輸送手段で原料ガスが供給される原料ガス室と前記基板が収納される膜形成室とを形成し、前記原料ガス室と前記膜形成室との間で該膜形成室側の圧力が低くなる差圧を生じさせる差圧発生手段と、
前記膜形成室の排気を行う排気手段と
を備えたことを特徴とする有機膜形成装置。In an organic film forming apparatus for forming an organic thin film on a substrate,
A chamber in which the substrate is stored,
Vaporization sublimation means for generating a raw material gas by changing an organic raw material into a gas phase,
Carrier gas introduction means for mixing the source gas and the carrier gas,
Source gas transport means for transporting the source gas into the chamber by the carrier gas,
In the chamber, a source gas chamber to which a source gas is supplied by the source gas transport means and a film forming chamber in which the substrate is stored are formed, and the film is formed between the source gas chamber and the film forming chamber. A differential pressure generating means for generating a differential pressure in which the pressure on the forming chamber side is reduced,
An organic film forming apparatus, comprising: an exhaust unit configured to exhaust the film forming chamber.
ことを特徴とする請求項12記載の有機膜形成装置。13. The organic film forming apparatus according to claim 12, further comprising a heating unit for controlling a temperature of the differential pressure generating unit.
ことを特徴とする請求項12記載の有機膜形成装置。13. The organic film forming apparatus according to claim 12, wherein the pressure difference generating means is a perforated plate partitioning the inside of the chamber.
ことを特徴とする請求項14記載の有機膜形成装置。The organic film forming apparatus according to claim 14, wherein an exhaust port of the exhaust unit is provided at a center of the perforated plate.
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、前記基板へ向けての前記原料ガスの流れる方向を、少なくとも前記基板の面に沿った一の方向に変化させ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。In an organic film forming method for forming a thin film of an organic substance on a substrate,
A vaporization sublimation process that changes the organic raw material into a gaseous raw material gas,
A carrier gas introduction step of mixing the source gas and the carrier gas,
A source gas transporting step of transporting the source gas onto the substrate by the carrier gas,
An organic film deposition step of forming an organic film on the substrate in a chamber under reduced pressure capable of controlling the flow of the source gas,
Exhausting the chamber,
In the organic film forming step, an organic film is formed while changing a flow direction of the source gas toward the substrate at least in one direction along a surface of the substrate. .
ことを特徴とする請求項16記載の有機膜形成方法。17. The organic film forming method according to claim 16, wherein the vaporization sublimation step, the carrier gas introduction step, the source gas transport step, and the organic film deposition step perform temperature control for keeping the source gas in a gas phase.
ことを特徴とする請求項16記載の有機膜形成方法。17. The method according to claim 16, wherein in the vaporization sublimation step and the carrier gas introduction step, the pressure is monitored to detect the amount of the organic raw material.
ことを特徴とする請求項16記載の有機膜形成方法。17. The method according to claim 16, wherein a flow rate of the carrier gas in the carrier gas introduction step is controlled to control an amount of the source gas transported in the source gas transport step.
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、
前記基板上に有機膜を形成する有機膜堆積工程と、
排気工程とを有し、
前記原料ガス輸送工程は、前記原料ガスを充満させる原料ガス室と前記基板を収納する膜形成室との間で行われ、前記原料ガス室より前記膜形成室の圧力を低下させて、前記原料ガス室から前記膜形成室へと原料ガスを輸送する
ことを特徴とする有機膜形成方法。In an organic film forming method for forming a thin film of an organic substance on a substrate,
A vaporization sublimation process that changes the organic raw material into a gaseous raw material gas,
A carrier gas introduction step of mixing the source gas and the carrier gas,
A source gas transporting step of transporting the source gas onto the substrate by the carrier gas,
An organic film deposition step of forming an organic film on the substrate,
Having an exhaust process,
The source gas transporting step is performed between a source gas chamber that fills the source gas and a film formation chamber that houses the substrate, and reduces the pressure of the film formation chamber from the source gas chamber to reduce the pressure of the source gas. A method for forming an organic film, comprising transporting a source gas from a gas chamber to the film forming chamber.
ことを特徴とする請求項20記載の有機膜形成方法。21. The organic film forming method according to claim 20, wherein in the evacuation step, control is performed to evacuate the film forming chamber and lower the pressure from the source gas chamber.
ことを特徴とする請求項20記載の有機膜形成方法。21. The organic film forming method according to claim 20, wherein in the carrier gas introducing step, a flow rate of the carrier gas is controlled to increase a pressure of the source gas chamber from that of the film forming chamber.
ことを特徴とする請求項20記載の有機膜形成方法。21. The organic film forming method according to claim 20, wherein the vaporization sublimation step, the carrier gas introduction step, the source gas transporting step, and the organic film deposition step perform temperature control for keeping the source gas in a gas phase.
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