JP2007154225A - Processing method, processing apparatus, and electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蒸着方法及び蒸着ヘッドに関するものであり、特に有機物,無機物,或いは有機物と無機物の混合された材料を微小領域に蒸着するための処理方法及び処理装置、並びに電子デバイスに関するものである。 The present invention relates to a vapor deposition method and a vapor deposition head, and more particularly, to a processing method and apparatus for depositing an organic substance, an inorganic substance, or a mixed material of an organic substance and an inorganic substance in a minute region, and an electronic device.
近年、有機EL、有機半導体に用いられる有機物に関して、高分子系の材料はインクジェット方式で形成され、低分子系の材料は主に蒸着技術で形成されている。高分子を用いた材料は、特にインクジェット方式で形成されている。インクジェット方式は、必要なところに必要なだけ塗布する方式で、その材料効率が非常にいいことから低コスト製造技術として近年注目を浴びてきている。 In recent years, regarding organic substances used in organic EL and organic semiconductors, high-molecular materials are formed by an inkjet method, and low-molecular materials are mainly formed by vapor deposition techniques. A material using a polymer is particularly formed by an ink jet method. The ink jet system is a system that applies as many as necessary, and has recently attracted attention as a low-cost manufacturing technology because of its very high material efficiency.
特許文献1では、ノズルから液状のレジストインクを噴射させて電子回路潜像を形成し、マスクの製造工程を削減した電子回路基板を製造している。また、特許文献2では、配向処理した面に高分子を溶解した溶媒を塗布することにより、高分子材料による半導体を形成しており、材料効率は極めて高い。しかしながら、高分子材料は、低分子材料に比べて電気移動度、EL素子の場合には、発光効率の面で低分子材料で形成された素子に比べ、その性能面では劣っている。
In
一方、低分子系を用いた材料は、真空引きされたチャンバー内で蒸着方式により形成されるために、その膜質の精度は高く、特に有機EL用材料としては、高分子系の材料に比べてその性能がすぐれている。 On the other hand, since materials using low molecular weight materials are formed by vapor deposition in a vacuumed chamber, the accuracy of the film quality is high, especially as materials for organic EL compared to polymer materials. Its performance is excellent.
特許文献3では、イオン化した有機物と無機物を交互に蒸着させ、有機物の配向性を向上させている。
In
しかしながら、このような方法を用いて作成した被処理物にパターニング加工を行う場合、一般的に、レジストプロセスが用いられる。レジストプロセスは、微細パターンを精度良く形成するのに適しているため、半導体などの電子デバイスの製造において重要な役割を果たすに至った。だが、工程が複雑であるという欠点がある。 However, when patterning is performed on an object to be processed created using such a method, a resist process is generally used. Since the resist process is suitable for accurately forming a fine pattern, it has played an important role in the manufacture of electronic devices such as semiconductors. However, there is a drawback that the process is complicated.
このような欠点に対して、特許文献4では図15に示すような装置を用いて、微小な領域のみにプラズマ処理を行う方法により、レジストマスクを用いることなく、微小領域を部分的に表面処理し、パターニング加工ができることを報告している。
しかしながら、低分子系の有機材料を蒸着して、デバイスを形成する場合、材料がチャンバー内全体に広がるために、目標とする基板に到達する材料は、極めて少ない。更に、例え基板に到達したとしても蒸着領域はノズルの開口形状よりも大きくなってしまい、微小領域に任意の形状を形成するのが困難である。また、基板全面に蒸着を行い、微小領域のプラズマ形成による表面加工及びホトリグラフィー等により、基板にパターニングすると工程が複雑であり、材料効率が極めて悪くなってしまう。 However, when a device is formed by vapor-depositing a low molecular weight organic material, the material reaches the target substrate because the material spreads throughout the chamber. Furthermore, even if it reaches the substrate, the vapor deposition region becomes larger than the opening shape of the nozzle, and it is difficult to form an arbitrary shape in the minute region. In addition, if vapor deposition is performed on the entire surface of the substrate and patterning is performed on the substrate by surface processing or photolithography using plasma formation of a minute region, the process becomes complicated and material efficiency is extremely deteriorated.
一方、高分子系材料を用いたインクジェット方式でも、必要な場所に必要なだけ材料が形成されるが、その有機EL等に用いられたときにその発光特性等は、低分子系のものに比べてその特性が劣っている。 On the other hand, the ink-jet method using a high-molecular material can form as many materials as necessary, but when used in its organic EL, etc., its luminescent properties are comparable to those of low-molecular materials. The characteristics are inferior.
更に、従来技術で蒸着された材料を用いて、半導体及び電子デバイス等を形成すると、材料及び基板の表面エネルギーにより、図12に示すように蒸着された蒸着物質の接触角が大きくなり、積層したときに空孔ができ、信頼性が低下してしまう。 Further, when semiconductors and electronic devices are formed using materials deposited by the prior art, the contact angle of the deposited materials increased as shown in FIG. 12 due to the surface energy of the materials and the substrate. Occasionally, holes are formed and reliability is lowered.
そこで、本発明では、上記従来の問題に鑑み、微小領域に任意の形状でダイレクトにパターニングできる処理方法及び処理装置、並びにそれらにより作成された電子デバイスを提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above-described conventional problems, an object of the present invention is to provide a processing method and a processing apparatus capable of directly patterning a minute region in an arbitrary shape, and an electronic device created by them.
本願の第1発明の処理方法は、蒸着源である蒸着ノズルから蒸着物質を対向する基板に蒸着する方法であって、蒸着ノズルから噴出された蒸着物質及び基板に蒸着された蒸着物質の一部をアッシングしながら蒸着を行うことを特徴とする。 The processing method of the first invention of the present application is a method of depositing a deposition material from a deposition nozzle as a deposition source onto an opposing substrate, and a part of the deposition material ejected from the deposition nozzle and the deposition material deposited on the substrate. Vapor deposition is performed while ashing.
本願の第1発明の処理方法において、中央に配置された蒸着ノズルから蒸着物質とともに反応性ガスを噴出しつつ、蒸着ノズルの外周に蒸着ノズルを囲むように配置された第2ノズルから不活性ガスを主体とするガスを噴出させ、第2ノズルに設けられた電極に電圧を印加することによって、第2ノズルと基板間にプラズマを発生させることが望ましい。 In the processing method of the first invention of the present application, the reactive gas is ejected from the vapor deposition nozzle disposed in the center together with the vapor deposition material, and the inert gas is ejected from the second nozzle disposed so as to surround the vapor deposition nozzle on the outer periphery of the vapor deposition nozzle. It is desirable to generate plasma between the second nozzle and the substrate by ejecting a gas mainly composed of and applying a voltage to an electrode provided in the second nozzle.
また、好適には、第2ノズルの外周に第2ノズルを囲むように第3ノズルを設け、第3ノズルから第2ノズルから噴出させるガスよりも放電しにくいガスを噴出させることが望ましい。 Preferably, a third nozzle is provided on the outer periphery of the second nozzle so as to surround the second nozzle, and a gas that is less likely to be discharged than the gas ejected from the second nozzle is ejected from the third nozzle.
また、好適には、蒸着ノズルの温度を制御しながら蒸着を行うことが望ましい。 Moreover, it is preferable to perform vapor deposition while controlling the temperature of the vapor deposition nozzle.
本願の第2発明の蒸着方法は、本願の第1発明の蒸着方法にて蒸着した後に、中央に配置された内側ノズルから不活性ガスを主体とするガスを噴出しつつ、内側ノズルの外周に内側ノズルを囲むように配置された外側ノズルから内側ノズルから噴出させるガスより放電しにくいガスを噴出させ、内側ノズルに設けられた電極に電圧を印加することによって、内側ノズルと基板間にプラズマを発生させ、発生したプラズマにより基板上に蒸着された蒸着物質の一部を処理することを特徴とする。 The vapor deposition method according to the second invention of the present application is a method in which a gas mainly composed of an inert gas is ejected from the inner nozzle arranged in the center after being deposited by the vapor deposition method according to the first invention of the present application. Plasma is generated between the inner nozzle and the substrate by ejecting a gas that is harder to discharge than the gas ejected from the inner nozzle from the outer nozzle arranged so as to surround the inner nozzle, and applying a voltage to the electrode provided on the inner nozzle. It is characterized in that a part of the vapor deposition material deposited on the substrate is processed by the generated plasma.
本願の第1及び第2発明において、好適には、前記蒸着物質が有機物、または無機物あるいは有機物と無機物の混合されたものであることが望ましい。 In the first and second inventions of the present application, it is preferable that the vapor deposition material is an organic material, an inorganic material, or a mixture of an organic material and an inorganic material.
本願の第3発明の処理装置は蒸着ノズルと蒸着ノズルの外周に蒸着ノズルを囲むように配置された第2ノズルと電極と蒸着ノズルに蒸着物質を供給するセルとセルを加熱する抵抗部と蒸着ノズルに反応性ガスを供給する蒸着ノズル用ガス供給装置と第2ノズルに不活性ガスを主体とするガスを供給する第2ノズル用ガス供給装置と電極に電圧を与える電源を備えたことを特徴とする。 The processing apparatus according to the third invention of the present application is a vapor deposition nozzle, a second nozzle arranged on the outer periphery of the vapor deposition nozzle, an electrode, a cell for supplying vapor deposition material to the vapor deposition nozzle, a resistance unit for heating the cell, and vapor deposition A gas supply device for a vapor deposition nozzle that supplies a reactive gas to the nozzle, a gas supply device for a second nozzle that supplies a gas mainly composed of an inert gas to the second nozzle, and a power source that supplies a voltage to the electrode. And
本願の第3発明において、好適には第2ノズルの外周に第2ノズルを囲むように配置された第3ノズルと第3ノズルに第2ノズルから噴出させるガスよりも放電しにくいガスを供給する第3ノズル用ガス供給装置を備えたことが望ましい。 In the third invention of the present application, it is preferable to supply a gas that is less likely to discharge than a gas ejected from the second nozzle to a third nozzle arranged to surround the second nozzle on the outer periphery of the second nozzle. It is desirable to have a third nozzle gas supply device.
また、好適には、進行方向に対して後方が開口していないU字形状の第2ノズルを有することが望ましい。 In addition, it is preferable to have a U-shaped second nozzle that does not open rearward in the traveling direction.
また、好適には、蒸着ノズルにノズルの温度を制御する温度制御機構を備えたことが望ましい。 Preferably, the vapor deposition nozzle is provided with a temperature control mechanism for controlling the temperature of the nozzle.
また、好適には、第2ノズルにガス種の切り替え機構を備えたことが望ましい。 Preferably, the second nozzle is provided with a gas type switching mechanism.
また、好適には、蒸着ノズル及び第3ノズルにノズルの内部を排気する機構を備えたことが望ましい。 Preferably, it is desirable that the vapor deposition nozzle and the third nozzle have a mechanism for exhausting the inside of the nozzle.
本願の第4発明の処理装置は本願の第3発明の蒸着ノズルの進行方向に対して後方に内側ノズルと、内側ノズルの外周に内側ノズルを囲むように配置された外側ノズルと、内側ノズルに不活性ガスを主体とするガスを供給する内側ノズル用ガス供給装置と外側ノズルに内側ノズルから噴出させるガスよりも放電しにくいガスを供給する外側ノズル用ガス供給装置と電極に電圧を供給する電源とを備えたプラズマ発生ヘッドを配置したことを特徴とする。 The processing apparatus according to the fourth invention of the present application includes an inner nozzle on the rear side with respect to the traveling direction of the vapor deposition nozzle of the third invention of the present application, an outer nozzle arranged to surround the inner nozzle on the outer periphery of the inner nozzle, and an inner nozzle. A gas supply device for an inner nozzle that supplies a gas mainly composed of an inert gas, a gas supply device for an outer nozzle that supplies a gas that is harder to discharge than a gas ejected from the inner nozzle to the outer nozzle, and a power source that supplies a voltage to the electrode The plasma generating head provided with the above is arranged.
本願の第5発明の電子デバイスは、本願の第1及び2発明の蒸着方法及び本願の第3及び4発明の蒸着ヘッドにより蒸着パターニングされたデバイスであって、蒸着された蒸着物質の外周が中心部に比べて凹であることを特徴とする。 An electronic device according to a fifth aspect of the present invention is a device that is vapor-deposited and patterned by the vapor deposition method according to the first and second aspects of the present invention and the vapor deposition head according to the third and fourth aspects of the present invention. It is characterized by being concave compared to the part.
このような処理方法及び処理装置により、蒸着ノズルから噴出した蒸着物質の拡散を防ぐとともに、基板上の任意の箇所以外に蒸着した蒸着物質を除去することができ、微小領域に任意の形状でダイレクトにパターニングできる。 By such a processing method and processing apparatus, it is possible to prevent the vapor deposition material ejected from the vapor deposition nozzle from diffusing, and to remove the vapor deposition material deposited on any part of the substrate. Can be patterned.
以上のように、本願発明の処理方法及び処理装置によれば、高性能な低分子系の材料を用いて、蒸着方法により、微小領域に任意の形状でダイレクトにパターニングできる。また、本願発明の電子デバイスによれば、積層した場合に陰になる箇所を無くすことができ、その結果、信頼性を高めることができる。 As described above, according to the processing method and the processing apparatus of the present invention, it is possible to directly pattern a minute region in an arbitrary shape by a vapor deposition method using a high-performance low-molecular material. In addition, according to the electronic device of the present invention, it is possible to eliminate a shadowed portion when stacked, and as a result, it is possible to improve reliability.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1については、図1及び2を参照して説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter,
図1は、本発明の実施の形態1における蒸着ヘッドの断面図である。蒸着ヘッドは中心に直径50μmの同心同円状の開口を有する蒸着ノズル1、蒸着ノズル1の外周に蒸着ノズル1を囲んで設けられた直径300μmの同心同円状の開口を有するセラミック製の第2ノズル2から成り、蒸着ノズル1には、基板3に対向した先端部分に蒸着物質及びガス噴出口4があり、奥側にセル5が接続されている。セル5には抵抗加熱器6及び蒸着ノズル用ガス供給口7が設けられている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a vapor deposition head according to
蒸着物質である有機材料はセル5に入っており、抵抗加熱器6で加熱されている。第2ノズル2には、第2ガス流路8及び基板3に対向した先端部分に第2ガス噴出口9が設けられている。蒸着物質及びガス噴出口4から噴出するガスの原料ガスは、蒸着ノズル用ガス供給装置(図示せず)により、蒸着ノズル用ガス供給口7から、セル5内に供給される。
The organic material which is a vapor deposition substance is contained in the
第2ガス噴出口9から噴出するガスの原料ガスは、第2ノズル用ガス供給装置(図示せず)により、第2ノズル2に設けられた第2ガス供給口10から、第2ガス流路8に導かれる。高周波電力が印加される電極11は第2ノズル2に設けられ、電極11は高周波電源12に配線されており、高周波電圧が供給されている。蒸着ノズル1及び第2ノズル2は、その最下部がテーパー形状をなし、より微小な領域にプラズマ生成及び蒸着できるようになっている。
The source gas of the gas ejected from the second
図2に、本発明の実施の形態1における蒸着ヘッドを蒸着物質の噴出側から見た平面図を示す。蒸着ノズル1及び第2ノズル2が設けられ、蒸着ノズル1と第2ノズル2の間に第2ガス噴出口9が設けられている。
FIG. 2 shows a plan view of the vapor deposition head according to
このような構成の蒸着ヘッドにおいて、セル5から抵抗加熱器6により蒸発させられた有機材料の分子が蒸着ノズル用ガス供給口7から供給された酸素(O2)とともに蒸着ノズル1に到達し、蒸着物質及びガス噴出口4から噴出される。また、第2ガス噴出口9から不活性ガスとしてのヘリウム(He)を供給しつつ、電極11に13.56MHzの高周波電力を供給し、第2ガス噴出口9と基板間でプラズマを生成させた。
In the vapor deposition head having such a configuration, the molecules of the organic material evaporated from the
このような条件で蒸着を行うことにより蒸着物質及びガス噴出口4から噴出した有機材料はその外周に配置された第2ガス噴出口9と基板3との間で生成しているプラズマと蒸着物質及びガス噴出口4より同時に噴出されている酸素により蒸着ノズル1の開口より外側に拡散した有機材料がアッシングされる。よって、基板に到達する有機材料の面積は蒸着物質及びガス噴出口4の開口径と同等程度になる。
By performing vapor deposition under such conditions, the vapor deposition material and the organic material ejected from the
さらに、基板に到達した有機材料が基板上で広がろうとしてもプラズマによりアッシングされるために、広がらない。本実施の形態1により蒸着された蒸着物質は、蒸着ノズル1の開口径直径50μmに対して直径約50μmの微小な領域に精度良くパターニング蒸着されていることがわかった。
Further, even if the organic material that has reached the substrate spreads on the substrate, it is not spread because it is ashed by plasma. It was found that the vapor deposition material deposited according to the first embodiment was patterned and deposited with high accuracy in a minute region having a diameter of about 50 μm with respect to the opening diameter of the
また、本発明の実施の形態1の蒸着ヘッドは数Paから数気圧まで動作可能であるが、典型的には104Paから3気圧程度の範囲の圧力で動作する。特に、大気圧付近での動作は、厳重な密閉構造や特別な排気装置が不要であるとともに、蒸着粒子やプラズマや活性粒子の拡散が適度に抑制され、特に好ましい。
The vapor deposition head according to
また、高周波電源12は交流のパルスが供給可能になっており、ON時間をtONとし、交流の周波数をfACとしたとき、fAC>1/tONを満たすような設定が可能であり、電圧のON時間が0.1から1μsであることが特に好ましい。連続波の交流電圧を供給した場合に比べてtON時間を1μs以下にすることでプラズマが広がる過渡的な状態で電圧の供給を停止しており、プラズマの発生領域をさらに小さくできるためである。 The high-frequency power supply 12 can supply AC pulses, and can be set to satisfy f AC > 1 / t ON when the ON time is t ON and the AC frequency is f AC . The voltage ON time is particularly preferably 0.1 to 1 μs. This is because the voltage supply is stopped in a transient state where the plasma spreads by setting the t ON time to 1 μs or less as compared with the case where a continuous wave AC voltage is supplied, and the plasma generation region can be further reduced. .
本発明では、ヘリウムと酸素の大気圧近傍の圧力下における放電のしやすさ(ヘリウムの方が格段に放電しやすい)及び有機材料との反応性(酸素の方が有機物質のアッシングに大きく寄与する)の差を利用することで、ヘリウムが高濃度となる第2ガス噴出口9の近傍の微小領域にのみプラズマを発生させ、蒸着ノズル1の開口よりも外側に広がった有機材料がプラズマ及び酸素によりアッシングされたために、蒸着ノズル1の開口径に対して精度良くパターニング蒸着されたと言える。
In the present invention, the discharge of helium and oxygen at a pressure close to the atmospheric pressure (helium is much easier to discharge) and the reactivity with the organic material (oxygen contributes greatly to the ashing of the organic substance) Is used to generate plasma only in a minute region in the vicinity of the second
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2については、図3及び4を参照して説明する。
(Embodiment 2)
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図3は、本発明の実施の形態2における蒸着ヘッドの断面図である。第2ノズル2の外周に同心同円状の開口を有するセラミック製の第3ノズル13が設けられている。第3ノズル13には、第3ガス流路14及び第3ガス噴出口15が設けられている。第3ガス噴出口15から噴出するガスの原料ガスは、第3ノズル用ガス供給装置(図示せず)により、第3ノズル13に設けられた第3ガス供給口16から、第3ガス流路14に導かれる。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the vapor deposition head according to
図4に、本発明の実施の形態2における蒸着ヘッドを蒸着物質の噴出側から見た平面図を示す。第2ノズル2の外周に第3ノズル13が設けられ、第2ノズル2と第3ノズル13の間に第3ガス噴出口15が設けられている。
FIG. 4 is a plan view of the vapor deposition head according to
実施の形態1と同様の条件にて、第3ガス噴出口15から窒素(N2)を供給しつつ、蒸着することで、パターニングの間隔を100μmまで小さくできた。
Under the same conditions as in the first embodiment, vapor deposition was performed while supplying nitrogen (N 2 ) from the third
本実施の形態2では、実施の形態1に加えて、ヘリウムに比べて放電しにくく、反応性の低い窒素を第2ガス噴出口9の外周に配置された第3ガス噴出口15から噴出させることで第2ガス噴出口9と基板間で生成されているプラズマが外側に広がるのを防止し、さらに微小領域にのみプラズマを発生させることができるために、すでに基板に蒸着されている有機材料がプラズマに暴露されず、パターニングの間隔を小さくできたと言える。
In the second embodiment, in addition to the first embodiment, nitrogen that is less likely to discharge than helium and has low reactivity is ejected from the third
(実施の形態3)
以下、本発明の実施の形態3については、図5を参照して説明する。
(Embodiment 3)
Hereinafter,
図5は、本発明の実施の形態3における蒸着ヘッドの断面図である。蒸着ノズル1に蒸着ノズル用抵抗加熱器17が設置されている。実施の形態2と同様の方法で蒸着を行う際に、蒸着ノズル用抵抗加熱器17により蒸着ノズル1の温度を有機材料が付着してもただちに再蒸発するように50から200℃に加熱することにより、蒸着ノズル1への有機材料の付着を低下させ、ノズルのつまりを防止できる。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the vapor deposition head according to
(実施の形態4)
以下、本発明の実施の形態4については、図6を参照して説明する。
(Embodiment 4)
The fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
図6は、本発明の実施の形態4における蒸着ヘッドの断面図である。蒸着ノズル1に蒸着ノズル用排気口18が設けられ、蒸着ノズル1が蒸着ノズル用排気口18から排気機構(図示せず)により排気できるようになっている。また、蒸着ノズル1とセル5の間に蒸着ノズル1とセル5が遮断できるような開閉機構19が設けられている。第3ノズル13にも排気口20が設けられ、第3ノズル13が第3ノズル用排気口20から排気機構(図示せず)により排気できるようになっている。また、第2ノズル2には、反応性ガス供給口21が設けられており、反応性ガスが反応性ガス供給装置(図示せず)から反応性ガス供給口21により第2ガス流路8に導かれる。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the vapor deposition head according to
上記のような構成にて所定の蒸着終了後、第2ノズル用ガス供給装置と反応性ガス供給装置から第2ノズル用ガス供給口10と反応性ガス供給口21によりヘリウムと酸素の混合ガスを供給し、第2ガス流路8に導き、第2ガス噴出口9より噴出する。同時に蒸着ノズル1とセル5の間に設けられた開閉機構18により蒸着ノズル1とセル5を遮断し、蒸着ノズル1及び第3ノズル13に設けられた蒸着ノズル用排気口17及び第3ノズル用排気口20から排気機構により排気を行う。このような条件で電極11に13.56MHzの高周波電力を供給し、第2ガス噴出口9でプラズマを生成する。第2ガス噴出口9近傍で生成したプラズマは蒸着ノズル1及び第3ノズル13が排気されているために蒸着ノズル1及び第3ノズル13の内部へ一部引き込まれる。
After completion of predetermined vapor deposition in the above-described configuration, a mixed gas of helium and oxygen is supplied from the second nozzle gas supply device and the reactive gas supply device through the second nozzle
さらに、ヘリウムに酸素を混合しているために、蒸着及び蒸着中のアッシングにより蒸着ノズル1及び第2ノズル2及び第3ノズル13の内部に付着した有機材料がアッシングされ、排気される。以上のように、本発明の実施の形態4の構成にすることで所定の蒸着終了後にノズルのメンテナンスを非常に簡単に行うことができる。
Further, since oxygen is mixed with helium, the organic material adhering to the inside of the
(実施の形態5)
以下、本発明の実施の形態5については、図7及び8を参照して説明する。
(Embodiment 5)
Hereinafter,
図7は、本発明の実施の形態5における蒸着ヘッドの概略図である。実施の形態1から4で示した蒸着ヘッド22の進行方向に対して後方にプラズマ発生ヘッド23及び24が並列に配置されている。本発明の実施の形態5におけるプラズマ発生ヘッド23及び24の断面図を図8に示す。
FIG. 7 is a schematic view of a vapor deposition head according to
プラズマ発生ヘッド23及び24は同構造であるのでプラズマ発生ヘッド23についてのみ説明する。同心同円の開口を有する内側ノズル25の外周に内側ノズル25を囲むように配置された同心同円の開口を有する外側ノズル26から成り、内側ノズル25には、内側ガス流路27及び内側ガス噴出口28が設けられ、外側ノズル26には、外側ガス流路29及び外側ガス噴出口30が設けられている。
Since the plasma generation heads 23 and 24 have the same structure, only the
内側ガス噴出口28から噴出するガスの原料ガスは、内側ガス供給装置(図示せず)により、内側ガス供給口31から内側ガス流路27に導かれる。また、外側ガス噴出口30から噴出するガスの原料ガスは、外側ガス供給装置(図示せず)により、外側ガス供給口32から外側ガス流路29に導かれる。高周波電力が印加される電極33は内側ノズル25に配置されており、高周波電源34に配線されている。内側ノズル25は、その最下部がテーパー形状をなし、より微小な領域をプラズマ処理できるようになっている。
The raw material gas of the gas ejected from the
このような蒸着ヘッド22の進行方向に対して後方にプラズマ発生ヘッドA23及びプラズマ発生ヘッドB24が並列に配置された蒸着ヘッドにおいて、蒸着ヘッド22により、蒸着を行いながら、プラズマ発生ヘッドA23及びプラズマ発生ヘッドB24の内側ガス噴出口28から不活性ガスとしてヘリウムを、外側ガス噴出口30から反応性ガスとして酸素を供給しつつ、電極33に13.56MHzの高周波電力を供給し、内側ガス噴出口28と基板間でプラズマを生成させた。このような条件で蒸着することにより、幅30μmの線状に蒸着パターニングできた。
In the vapor deposition head in which the plasma generation head A23 and the plasma generation head B24 are arranged in parallel behind the traveling direction of the
このような3ヘッドの蒸着ヘッドを用いて蒸着を行うと、蒸着ヘッド22により蒸着後にプラズマ発生ヘッドA23及びプラズマ発生ヘッドB24により蒸着物質の両端がアッシングされ、より微小領域の蒸着パターニングが可能になったと言える。
When vapor deposition is performed using such three vapor deposition heads, both ends of the vapor deposition material are ashed by the plasma generation head A23 and the plasma generation head B24 after vapor deposition by the
以上述べた本発明の実施の形態において、蒸着ノズル及び第2ノズル、第3ノズルを同心同円の形状で説明したが、蒸着ノズルの外周を囲むように第2ノズルが配置され、第2ノズルの外周を囲むように第3ノズルが配置されていれば、各ノズルの形状はこれに限定されない。特に、図9に進行方向に対して後方が開口していないU字型の形状をした第2ノズル35を有する蒸着ヘッドを蒸着物質の噴出側から見た平面図を示すが、第2ノズルが進行方向に対して後方に開口を有していることにより、閉じられていないU字状のプラズマを作成し、パターニングを行うことですでに蒸着された蒸着物質へのプラズマによるダメージをなくすこともできる。従って、微小な点状だけでなく、線状にパターニングを行う場合、特に本発明が有効である。
In the embodiment of the present invention described above, the vapor deposition nozzle, the second nozzle, and the third nozzle have been described as concentric and concentric. However, the second nozzle is disposed so as to surround the outer periphery of the vapor deposition nozzle. The shape of each nozzle is not limited to this as long as the third nozzle is arranged so as to surround the outer periphery of the nozzle. In particular, FIG. 9 shows a plan view of a vapor deposition head having a
また、本発明では抵抗加熱により蒸発させた蒸着材料を蒸着ノズル1に供給し、蒸着ノズル1先端の蒸着物質及びガス噴出口4から噴出させているが、蒸着材料の供給及び噴出方法はこれに限られず、圧電素子を用いるピエゾ方式や熱により泡を発生させるサーマル方式に代表されるインクジェット技術や、ディスペンサ技術などを用いて供給及び噴出を行ってもよい。
Further, in the present invention, the vapor deposition material evaporated by resistance heating is supplied to the
また、プラズマ源としてセラミック製のノズルを用いた場合を示したが、平行平板型キャピラリタイプや誘導結合型キャピラリタイプなどのキャピラリタイプや、マイクロギャップ方式、誘導結合型チューブタイプなど、様々なプラズマ源を用いることができる。 Also, the case where a ceramic nozzle was used as the plasma source was shown, but various plasma sources such as a capillary type such as a parallel plate capillary type and an inductively coupled capillary type, a microgap method, and an inductively coupled tube type are shown. Can be used.
また、パルス状の高周波(交流)電圧を用いてプラズマを発生させる場合を例示したが、交流電圧の周波数は、数百kHzから数GHzまでの高周波電力が利用できる。ただし、電圧を、ON時間が0.1から10μsである必要がある。ON時間を0.1μs未満に制御するには、電圧供給のための回路に、波形がなまらないように格別の工夫を要するという不便があり、逆にON時間が10μsよりも大きいと、微小領域にプラズマを限定的に発生させることができない。より好適には、電圧のON時間が0.1から1μsであることが望ましい。ON時間が1μs以下であれば、定常状態に比べて格別に小さい領域にプラズマを限定的な発生させることができ、すでに蒸着されている蒸着物質へのプラズマの暴露を防止できる。 Moreover, although the case where the plasma was generated using the pulsed high frequency (alternating current) voltage was illustrated, the frequency of the alternating voltage can use high frequency power from several hundred kHz to several GHz. However, the voltage needs to have an ON time of 0.1 to 10 μs. In order to control the ON time to be less than 0.1 μs, there is an inconvenience that the circuit for voltage supply needs a special contrivance so that the waveform does not become dull. Conversely, if the ON time is longer than 10 μs, a minute region However, the plasma cannot be generated in a limited manner. More preferably, the voltage ON time is 0.1 to 1 μs. If the ON time is 1 μs or less, plasma can be generated in a limited range in a particularly small area as compared with the steady state, and exposure of the plasma to the deposited material can be prevented.
また、電圧パルスが直流であり、正負の直流パルスを実質的に交互に供給することも可能である。この場合においても、電圧を、ON時間が0.1から10μsであるパルス状にする必要がある。より好適には、電圧のON時間が0.1から1μsであることが望ましい。なお、連続して正、或いは負となる直流パルスを供給しても良いが、帯電が生じるために極性が逆転した最初のパルスでのみ放電が発生するので、この場合も実質的には正負の直流パルスを交互に供給したものとみなされる。 Further, the voltage pulse is a direct current, and positive and negative direct current pulses can be supplied substantially alternately. Even in this case, the voltage needs to be pulsed with an ON time of 0.1 to 10 μs. More preferably, the voltage ON time is 0.1 to 1 μs. Note that DC pulses that are continuously positive or negative may be supplied, but since discharge occurs only at the first pulse whose polarity is reversed due to charging, in this case also, it is substantially positive and negative. It is considered that DC pulses are supplied alternately.
また、パルス電圧のOFF時間は、発生したプラズマがほぼ完全に消滅するのに必要な時間以上で、かつ、処理速度の向上を図るためになるべく短く設定することが望ましい。その時間としては、概ね0.5μsから100μsであることが好ましい。さらに好適には、パルス電圧のOFF時間は1μsから10μsであることが好ましい。 Further, the OFF time of the pulse voltage is desirably set to be as short as possible to improve the processing speed and more than the time required for the generated plasma to be almost completely extinguished. The time is preferably about 0.5 μs to 100 μs. More preferably, the OFF time of the pulse voltage is preferably 1 μs to 10 μs.
また、第2ガス噴出口及び内側ガス噴出口から基板に向けてヘリウムガスを噴出させる場合を例示したが、第2ガス噴出口及び内側ガス噴出口から噴出させるガスは、不活性ガスを主体とするガスであることが必要である。これは、一般に不活性ガスを主体とするガスの方が、他のガスと比べて大気圧近傍の圧力下でプラズマ化しやすいという性質があるためである。 Moreover, although the case where helium gas was jetted toward the substrate from the second gas jet port and the inner gas jet port was exemplified, the gas jetted from the second gas jet port and the inner gas jet port is mainly composed of an inert gas. It is necessary to be a gas. This is because, in general, a gas mainly composed of an inert gas is more easily converted into plasma under a pressure near atmospheric pressure than other gases.
また、蒸着物質及びガス噴出口から酸素ガスを第3ガス噴出口から窒素ガスを噴出させる場合を例示したが、蒸着物質及びガス噴出口または第3ガス噴出口からは、第2ガス噴出口から噴出させるガスよりも放電しにくいガスを噴出させることが必要である。パルス状の電圧を供給する方式は、安定したグロー放電を発生させやすい性質があるため、蒸着物質及びガス噴出口または第3ガス噴出口から不活性ガスのような放電しやすいガスを噴出させてしまうと、プラズマが広範囲に拡がってしまいやすいという不都合がある。 Moreover, although the case where oxygen gas was ejected from the vapor deposition material and the gas jet port and the nitrogen gas was jetted from the third gas jet port, the vapor deposition material and the gas jet port or the third gas jet port is connected to the second gas jet port. It is necessary to eject a gas that is less likely to discharge than the gas to be ejected. The method of supplying a pulsed voltage has a property of easily generating a stable glow discharge. Therefore, an easily dischargeable gas such as an inert gas is ejected from the vapor deposition material and the gas outlet or the third gas outlet. If so, there is a disadvantage that the plasma tends to spread over a wide range.
第2ガス噴出口から供給する不活性ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンまたはキセノン、或いはこれらの混合ガスであることが好ましい。ヘリウムガスは大気圧近傍で安定したグロー放電を発生させやすいガスであり、特に好ましい。蒸着物質及びガス噴出口または第3ガス噴出口から供給するガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンまたはキセノン以外のガスを主体とするガスであることが好ましく、フッ素、塩素、臭素などのハロゲン含有のエッチングガスや、TEOSなどの有機シランに代表される堆積性ガス、酸素、窒素などの放電しにくいガスなどから処理に応じて選択することができる。 The inert gas supplied from the second gas outlet is preferably helium, neon, argon, krypton, xenon, or a mixed gas thereof. Helium gas is particularly preferable because it is easy to generate a stable glow discharge near atmospheric pressure. The gas supplied from the vapor deposition material and the gas outlet or the third gas outlet is preferably a gas mainly composed of a gas other than helium, neon, argon, krypton, or xenon, and halogen such as fluorine, chlorine, or bromine. It can be selected according to the processing from the contained etching gas, the deposition gas typified by organic silane such as TEOS, and the gas which is difficult to discharge such as oxygen and nitrogen.
また、13.56MHzの連続の交流電圧とした場合を例示したが、ON時間をtONとし、交流の周波数をfACとしたとき、好適には、fAC>1/tONを満たすことが望ましい。fAC>1/tONを満たさないような波形の形成は極めて困難である。また、さらに好適には、fAC>10/tONを満たすことが望ましい。fACが10/tONより小さいと、パルス変調された交流としてみたときの電圧において、サイドバンドが中心周波数fACから大きく離れて生じるため、インピーダンス整合を図ることが困難になる。良好なインピーダンス整合を確保して、反射電力を抑制するためには、fACは1/tONに比べて大きいほど良い。
Also, a case has been exemplified where a 13.56MHz of the AC voltage of the continuous, the ON time is t ON, when the frequency of the alternating current was set to f AC, suitably to meet
また、本発明ではセル5及び蒸着ノズル1を抵抗加熱器により加熱しているが、セル5及び蒸着ノズル1が所定の温度を確保できる加熱方法であればこれに限定されない。
Moreover, in this invention, although the
また、実施の形態ではヘッドを単体で説明したが、これに限られず図10に示すように複数個であってもよい。 In the embodiment, the head is described as a single unit. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of heads may be used as shown in FIG.
また、材料を蒸着する場合、蒸着ヘッドが移動しても、基板自体が移動してもよい。 Moreover, when vapor-depositing a material, even if a vapor deposition head moves, a board | substrate itself may move.
なお、従来、図11に示すようにノズルの開口径に対して基板上に広がるために、微細化が困難になったり、材料及び表面状態によっては接触角が大きくなったとき、積層したりすると図13に示すように空孔ができてしまい、信頼性が低くなっていたが、上記のような方法、装置で製造したデバイスは、ノズルの開口より外側に広がった蒸着材料がアッシングされ、外周が中心部に比べて凹である特徴を有し、図14に示すように、10から100μmの微小領域にノズルの開口と同形状に蒸着できるとともに、積層した場合に陰になる箇所を無くすことができ、高信頼性であるという格別の効果を奏する。 Conventionally, as shown in FIG. 11, since it spreads on the substrate with respect to the opening diameter of the nozzle, it is difficult to miniaturize, or when the contact angle becomes large depending on the material and the surface state, the layers are stacked. As shown in FIG. 13, holes were formed and reliability was low. However, in the device manufactured by the above method and apparatus, the vapor deposition material spreading outside the nozzle opening was ashed, and the outer periphery 14 is concave compared to the central part, and as shown in FIG. 14, it can be deposited in the same shape as the nozzle opening in a minute region of 10 to 100 μm and eliminates the shadowed area when laminated. Can be produced, and it has the special effect of being highly reliable.
微小領域にダイレクトにパターン形成する場合において、微小領域に蒸着パターニングする方法及び装置として、有機半導体,有機EL,有機太陽電池などの広範囲の用途に適用することができる。 In the case of directly forming a pattern in a minute region, the method and apparatus for vapor deposition patterning in the minute region can be applied to a wide range of uses such as an organic semiconductor, an organic EL, and an organic solar cell.
1 蒸着ノズル
2 第2ノズル
3 基板
4 蒸着物質及びガス噴出口
5 セル
6 抵抗加熱器
7 蒸着ノズル用ガス供給口
8 第2ガス流路
9 第2ガス噴出口
10 第2ガス供給口
11 電極
12 高周波電源
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