JP2014147891A - 薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マスクの開口パターンの転写性を向上させることが可能な薄膜形成装置を提供する。
【解決手段】このエレクトロスプレー装置１００（薄膜形成装置）は、溶液材料に電圧を印加した状態で噴霧するノズル１と、ノズル１と基板４との間の基板４の近傍に配置され、所定の開口パターンを有する開口部３ａを含むマスク３とを備え、ノズル１から噴霧された溶液材料は、基板４に薄膜として堆積され、マスク３の開口部３ａのノズル１側の部分３ｂは、マスク３の開口部３ａの基板４側の部分よりも開口面積が大きくなるように構成されている。
【選択図】図３

Description

この発明は、薄膜形成装置に関し、特に、溶液材料に電圧を印加した状態で噴霧するノズルを備える薄膜形成装置に関する。

従来、溶液材料に電圧を印加した状態で噴霧するノズルを備える薄膜形成装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、有機ＥＬデバイス用の溶液材料に電圧を印加した状態（溶液材料が帯電した状態）で噴霧するノズルと、ノズルから噴霧された溶液材料が堆積されて有機発光層などの有機ＥＬデバイス用の薄膜が形成される基板と、ノズルと基板との間に設けられるマスクとを備えるエレクトロスプレー装置が開示されている。また、マスクには、所定の開口パターンを有する開口部が形成されている。そして、溶液材料に印加される電圧と基板側との間の電位差（電界）により、溶液材料が、ノズルから基板側に噴霧（移動）されるとともに、マクスの開口部を介して基板上に堆積されることにより、所定の形状の薄膜が形成される。また、マスクの開口部は、開口部のノズル側の部分と基板側の部分との開口面積が等しい形状（開口部の内側面が、基板に対して直交する形状）に形成されている。

また、上記特許文献１に記載したような従来のエレクトロスプレー装置では、マスクが導電性の部材から形成されている場合では、マスクには、溶液材料の電荷（正電荷または負電荷）と同じ電荷（電圧）が印加される。これにより、帯電した溶液材料は、マスクに帯電した電荷により反発されて、マスクを避けるようにマスクの開口部側に引き寄せられるとともに、マスクの開口部を通過するように移動する。

特開２０１１−１７５９２１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のエレクトロスプレー装置では、マスクの開口部が、開口部のノズル側の部分と基板側の部分との開口面積が等しい形状（開口部の内側面が、基板に対して直交する形状）に形成されており、マスクの開口部の内側面の上下方向の全域が垂直部分になることから、開口部の内側面の上下方向の全域が、溶液材料がマスクを通過する際の移動経路（電気力線）に近くなるため、マスクの内側面の上下方向の全域において、電気力線に近い位置で帯電する電荷が存在することになる。このため、帯電した溶液材料は、マスクの開口部を通過する際に、マスクの開口部の内側面に帯電された電荷によりマスクの中央部側に反発されやすいので、開口部の開口パターンとは異なる形状（たとえば、開口パターンよりも小さな形状）の薄膜が形成されるという問題点がある。すなわち、マスクの開口パターンの転写性が悪くなるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、マスクの開口パターンの転写性を向上させることが可能な薄膜形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本願発明者が鋭意検討した結果、マスクの開口部の形状がマスクの開口パターンの転写性に大きく影響することを見い出し、マスクの開口部のノズル側の部分をマスクの開口部の基板側の部分よりも開口面積を大きくすることにより、マスクの開口パターンの転写性を向上させることを見い出した。

すなわち、この発明の一の局面による薄膜形成装置は、溶液材料に電圧を印加した状態で噴霧するノズルと、ノズルと基板との間の基板の近傍に配置され、所定の開口パターンを有する開口部を含むマスクとを備え、ノズルから噴霧された溶液材料は、基板に薄膜として堆積され、マスクの開口部のノズル側の部分は、マスクの開口部の基板側の部分よりも開口面積が大きくなるように構成されている。

この一の局面による薄膜形成装置では、上記のように、マスクの開口部のノズル側の部分をマスクの開口部の基板側の部分よりも開口面積を大きくすることによって、マスクの開口部の内側面のノズル側の部分が、溶液材料がマスクの開口部を通過する際の溶液材料の移動経路から離間するので、その結果、マスクの開口部と溶液材料との反発作用が少なくなると考えられる。これにより、帯電した溶液材料がマスクの開口部を通過する際に、開口部の中央部側に反発されにくくなり、マスクの開口パターンの転写性を向上させることができる。なお、マスクの開口部のノズル側の部分を、マスクの開口部の基板側の部分よりも開口面積を大きくすることにより、マスクの開口パターンの転写性を向上させることができることは、後述する本願発明者の実験により確認済みである。

上記一の局面による薄膜形成装置において、好ましくは、マスクの開口部の少なくともノズル側の部分は、ノズル側に向かって開口面積が徐々に大きくなる形状を有している。このように構成すれば、マスクの開口部の内側面が、溶液材料の移動経路からノズル側に向かって徐々に離間するので、マスクの開口部のノズル側の端部のみがマスクの開口部の基板側の部分よりも開口面積が大きくなる場合と比べて、帯電した溶液材料が開口部の中央部側により反発されにくくすることができる。

上記一の局面による薄膜形成装置において、好ましくは、マスクの開口部のノズル側の端部は、面取りされた形状を有する。このように構成すれば、容易に、マスクの開口部のノズル側の部分の開口面積をマスクの開口部の基板側の部分よりも大きくすることができるので、マスクの開口パターンの転写性を容易に向上させることができる。

この場合、好ましくは、マスクの開口部のノズル側の端部は、マスクの厚みとほぼ同じ厚み分、面取りされた形状を有する。このように構成すれば、マスクの開口部のノズル側の端部をマスクの厚みよりも小さい厚み分面取りする場合と比べて、溶液材料の移動経路からマスクの開口部の内側面をより離間させることができる。その結果、帯電した溶液材料がマスクの開口部を通過する際に、開口部の中央部側により効果的に反発されにくくすることができるので、マスクの開口パターンの転写性をより効果的に向上させることができる。

上記一の局面による薄膜形成装置において、好ましくは、マスクの少なくとも表面は、樹脂により構成されている。ここで、マスクの全体が導電性の部材により形成されている場合には、ノズル側から発生した電界（電気力線）が導電性のマスクの表面に到達することに起因して導電性のマスクの表面に溶液材料が堆積されるのを抑制するために、導電性のマスクに電圧（溶液材料に印加される電圧の数分の１の比較的高い電圧）を印加する必要がある。このように、導電性のマスクに比較的高い電圧を印加した場合には、導電性のマスクと基板との間の絶縁破壊を抑制するために、導電性のマスクを、基板から比較的大きい距離を隔てて配置する必要がある。そこで、本発明では、マスクの少なくとも表面を樹脂により構成することにより、マスクが絶縁されるとともに、絶縁性のマスクには溶液材料の電荷に起因して電荷が帯電するので、マスクに電圧を印加する必要がない。これにより、マスクと基板との距離を小さくすることができるので、マスクの開口パターンの転写性をさらに向上させることができる。なお、マスクと基板との距離を小さくすることにより、マスクの開口パターンの転写性をさらに向上させることができることは、後述する本願発明者の実験により確認済みである。

この場合、好ましくは、マスクと基板との距離は、マスクの厚みよりも小さい。このようにマスクを基板に近づける、すなわち、ノズルから遠ざけることによりマスクの帯電の電荷量が小さくなるため、溶液材料が反発されにくくなり、容易に、マスクの開口パターンの転写性をさらに向上させることができる。

本発明によれば、上記のように、マスクの開口パターンの転写性を向上させることができる。

本発明の一実施形態によるエレクトロスプレー装置の斜視図である。 本発明の一実施形態によるエレクトロスプレー装置のマスクの部分平面図である。 図２の２００−２００線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態のエレクトロスプレー装置による薄膜の形成方法を説明するための図である。 実験１において形成された薄膜を拡大した平面図である。 実験１に用いられた面取りされていない比較例によるマスクの断面図である。 実験１に用いられた１ｍｍ面取り（Ｃ１面取り）された実施例１によるマスクの断面図である。 実験１に用いられた２ｍｍ面取り（Ｃ２面取り）された実施例２によるマスクの断面図である。 実験１に用いられた３ｍｍ面取り（Ｃ３面取り）された実施例３によるマスクの断面図である。 面取りと薄膜の辺直線性および反発距離との関係を示す図である。 実験１に用いられた面取りされていない比較例１によるマスクに帯電した電荷を示す図である。 実験１に用いられた１ｍｍ面取り（Ｃ１面取り）された実施例１によるマスクに帯電した電荷を示す図である。 実験１に用いられた２ｍｍ面取り（Ｃ２面取り）された実施例２によるマスクに帯電した電荷を示す図である。 実験１に用いられた３ｍｍ面取り（Ｃ３面取り）された実施例３によるマスクに帯電した電荷を示す図である。 マスクと基板との距離と、薄膜の辺直線性および反発距離との関係を調べるために行った実験２を説明するための図である。 マスクと基板との距離と、薄膜の辺直線性および反発距離との関係を示す図である。 実験３に用いられた面取りされていない比較例２によるマスクと薄膜とを示す図である。 実験３に用いられた１ｍｍ面取り（Ｃ１面取り）された実施例４によるマスクと薄膜とを示す図である。 本発明の一実施形態の第１変形例によるエレクトロスプレー装置のマスクの断面図である。 本発明の一実施形態の第２変形例によるエレクトロスプレー装置のマスクの断面図である。 本発明の一実施形態の第３変形例によるエレクトロスプレー装置のマスクの断面図である。 本発明の一実施形態の第４変形例によるエレクトロスプレー装置のマスクの断面図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図３を参照して、本実施形態によるエレクトロスプレー装置１００の構成について説明する。なお、エレクトロスプレー装置１００は、本発明の「薄膜形成装置」の一例である。

図１に示すように、エレクトロスプレー装置１００は、ノズル１と、プレート２と、ノズル１とプレート２との間に配置されるマスク３とを備えている。また、塗布時は、プレート２とマスク３との間には、基板４が配置されている。そして、ノズル１からマスク３越しにプレート２に載置された基板４へ溶液材料を噴射することにより、基板４に薄膜を形成する。

ノズル１は、溶液材料（たとえば、導電性ポリマーであるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ） ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ)）に電圧を印加した状態で基板４側に噴霧するように構成されている。具体的には、ノズル１は、溶液材料を充填するように構成されているとともに、ノズル１の内部には、電極（図示せず）が設けられている。そして、この電極により溶液材料に電圧が印加されるように構成されている。また、ノズル１は、図１に示すように、複数設けられており、複数のノズル１は、基板４の辺（Ｘ方向）に沿って１列に配置されている。また、ノズル１は、マスク３の上方（矢印Ｚ１方向）に配置されている。また、複数のノズル１は、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能に構成されている。

また、プレート２は、金属製であり、電気的に接地されている。そして、塗布時にプレート２の上面に、基板４が載置されている。そして、ノズル１とプレート２との間で電位差を持たせることで、ノズル１から噴出する溶液材料はプレート２に向かって飛行する。これにより、直接基板４を接地して塗布を行う必要が無いので、非導電性の基板へも塗布が可能である。

ここで、本実施形態では、マスク３の少なくとも表面（本実施形態では、マスク３の全部分）は、耐薬品性、加工精度、寸法安定性、耐絶縁性、剛性等が優れた樹脂により構成されている。たとえば、マスク３は、ＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＰＰ（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＨＤＰＥ（Ｈｉｇｈ−ｄｅｎｓｉｔｙ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＥＰＯＸＹ、ガラスエポキシ、ＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｓｔｙｒｅｎｅ）、ＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｅｔｈｅｒ ｋｅｔｏｎｅ）、ＰＯＭ（Ｐｏｌｙｏｘｙｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）などからなる。

また、図１および図２に示すように、マスク３には、平面視において、所定の開口パターン（本実施形態では、略矩形形状（略正方形状））を有する開口部３ａが複数形成されている。ここで、本実施形態では、図２および図３に示すように、マスク３の開口部３ａのノズル１側（矢印Ｚ１方向側）の部分３ｂは、マスク３の開口部３ａの基板４側（矢印Ｚ２方向側）の部分３ｃよりも開口面積が大きくなるように構成されている。具体的には、マスク３の開口部３ａのノズル１側の部分３ｂの幅Ｗ１は、マスク３の開口部３ａの基板４側の部分３ｃの幅Ｗ２よりも大きくなる（Ｗ１＞Ｗ２）ように構成されている。すなわち、マスク３の開口部３ａのノズル１側の部分３ｂの開口面積（＝Ｗ１×Ｗ１）は、マスク３の開口部３ａの基板４側の部分３ｃの開口面積（＝Ｗ２×Ｗ２）よりも大きい。

また、本実施形態では、マスク３の開口部３ａの少なくともノズル１側の部分３ｂは、ノズル１側に向かって開口面積が徐々に大きくなるように、マスク３の開口部３ａのノズル１側の端部３ｄは、面取りされた形状（テーパ形状）を有する。すなわち、マスク３の開口部３ａの内側面３ｅは、後述するノズル１から噴霧された溶液材料の移動経路（図４参照）から、ノズル１側（矢印Ｚ１方向（上方向））に向かって徐々に離間するように構成されている。また、図２に示すように、略矩形形状のマスク３の開口部３ａの４辺の全てにおいて、開口部３ａのノズル１側の端部３ｄは、面取りされた形状を有する。なお、面取りは、マスク３の形成後に面取り加工することにより形成してもよいし、マスク３の樹脂成形時に面取り部を同時に形成してもよい。

また、本実施形態では、図３に示すように、マスク３の開口部３ａのノズル１側の端部３ｄは、マスクの厚みｔ１とほぼ同じ厚み分、面取りされた形状を有する。すなわち、開口部３ａの内周面の全体に渡って面取りされている。また、開口部３ａのノズル１側の端部３ｄは、略４５度の傾斜角度で直線状に面取り（Ｃ面取り）されている。また、マスク３は、約３ｍｍの厚みｔ１を有する。すなわち、マスク３は、マスク３の開口部３ａのノズル１側の端部３ｄが、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向にそれぞれマスクの厚み分である３ｍｍ面取り（Ｃ３）されている。

また、本実施形態では、マスク３は、ノズル１と基板４との間の基板４の近傍に配置されており、マスク３と基板４とのＺ方向の距離（間隔）ｄ１は、マスク３の厚みｔ１よりも小さい（ｄ１＜ｔ１）。たとえば、マスク３は、先述のように約３ｍｍの厚みｔ１を有するとともに、マスク３と基板４との距離ｄ１は、約０．５ｍｍである。

次に、図４を参照して、エレクトロスプレー装置１００による薄膜５の形成方法について説明する。

図４に示すように、ノズル１の電極（図示せず）に電圧が印加されるとともに、プレート２が電気的に接地される。これにより、ノズル１に収納される溶液材料には、正電荷が帯電するとともに、ノズル１とプレート２との間の静電力により、ノズル１から溶液材料が液滴となってプレート２側（矢印Ｚ２方向側）に噴霧される。なお、溶液材料は、ノズル１とプレート２との間の電気力線に沿って移動する。なお、図４の電気力線（溶液材料の移動経路）は、ノズル１とプレート２との間に発生する電気力線のうちの最外周の電気力線を模式的に示している。また、ノズル１に電圧が印加されていることにより、樹脂からなる絶縁性のマスク３の少なくともノズル１側の表面には、分極により正電荷が帯電する。これにより、正電荷が帯電している溶液材料は、マスク３に帯電している正電荷により反発されて、マスク３を避けるようにマスク３の開口部３ａ側に引き寄せられるとともに、マスク３の開口部３ａを通過するように移動する。そして、マスク３の開口部３ａを通過した溶液材料が、基板４上に堆積されることにより、薄膜５が基板４上に形成される。なお、樹脂からなる絶縁性のマスク３の表面に正電荷が帯電することにより、正電荷が帯電している溶液材料が反発されるので、マスク３の表面に溶液材料が堆積される（マスク３が汚染される）ことが抑制される。

（実験１）
次に、図５〜図１４を参照して、マスクの開口部のノズル側の端部の面取りと、形成された薄膜の辺直線性および反発距離との関係を調べるために行った実験１について説明する。なお、辺直線性とは、平面視において略矩形形状に形成される薄膜の辺がどの程度直線に近いかを示す度合いを意味する。具体的には、図５に示すように、平面視において、基板４上に形成された薄膜５の辺５ａが波状に形成されている場合、辺直線性は、波状の辺５ａの振幅（幅Ｗ３）の平均の値により判断する。また、反発距離とは、平面視において、マスクの開口部の内側面と基板４上に形成される薄膜５との間の距離ｄ２の平均の値である。

実験１では、図６〜図９に示すように、ＰＯＭ樹脂からなる４種類のマスク３１（比較例１）、マスク３２（実施例１）、マスク３３（実施例２）およびマスク３４（実施例３（図１〜図４の実施形態に対応））を用いた。なお、マスク３１〜３４は、３ｍｍの厚みを有する。また、薄膜が形成される基板として、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）からなる基板４を用いた。また、ノズル１（図１参照）から噴霧される溶液材料として、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを用いた。

図６に示すように、比較例１によるマスク３１は、マスク３１の開口部３１ａのノズル１側の端部は、面取りされていない（Ｃ０）。すなわち、マスク３１の開口部３１ａの内側面３１ｂの垂直な部分（基板４に対して直交する部分）の高さｈ１は、３ｍｍである。

また、図７に示すように、実施例１によるマスク３２は、マスク３２の開口部３２ａのノズル１側の端部が、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向にそれぞれ１ｍｍ面取り（Ｃ１）されている。すなわち、マスク３２の開口部３２ａの内側面３２ｂの垂直な部分の高さｈ２は、２ｍｍである。また、マスク３２の厚み（３ｍｍ）の半分以下（１／３）の厚み分（１ｍｍ）だけ面取りされている。

また、図８に示すように、実施例２によるマスク３３は、マスク３３の開口部３３ａのノズル１側の端部が、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向にそれぞれ２ｍｍ面取り（Ｃ２）されている。すなわち、マスク３３の開口部３３ａの内側面３３ｂの垂直な部分の高さｈ３は、１ｍｍである。また、マスク３３の厚み（３ｍｍ）の半分よりも大きい（２／３の）厚み分（２ｍｍ）だけ面取りされている。また、図９に示すように、実施例３によるマスク３４は、上記実施形態のマスク３（図３参照）と同様に、マスク３４の開口部３４ａのノズル１側の端部が、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向にそれぞれ３ｍｍ面取り（Ｃ３）されている。すなわち、マスク３４の開口部３４ａの内側面３４ｂの垂直な部分は、ない（０ｍｍである）。

実験１では、比較例１によるマスク３１および実施例１〜３によるマスク３２〜３４をそれぞれ用いた場合の基板４上に形成された薄膜５の辺直線性および反発距離を測定した。図１０では、横軸は、内側面の垂直な部分の高さが示されている。また、左側の縦軸には、辺直線性（ｍｍ）が示されている。また、右側の縦軸には、反発距離（ｍｍ）が示されている。また、図１０に示される実線および破線は、ぞれぞれ、反発距離および辺直線性の実験結果を多項式により近似した近似曲線である。

図１０に示されるように、内側面の垂直な部分の高さが大きくなる（Ｃが小さくなる）にしたがって、反発距離が大きくなることが判明した。具体的には、面取りを行っていない（Ｃ０）の比較例１によるマスク３１が最も反発距離が大きく、面取りの大きさがＣ１（実施例１によるマスク３２）、Ｃ２（実施例２によるマスク３３）、Ｃ３（実施例３によるマスク３４）と大きくなるにしたがって、反発距離が小さくなることが判明した。また、内側面の垂直な部分の高さが大きくなる（Ｃが小さくなる）にしたがって、辺直線性が大きくなる（直線からずれる）ことが判明した。具体的には、面取りを行っていない（Ｃ０）の比較例１によるマスク３１が最も辺直線性が大きく、面取りの大きさがＣ１（実施例１によるマスク３２）、Ｃ２（実施例２によるマスク３３）、Ｃ３（実施例３によるマスク３４）と大きくなるにしたがって、辺直線性が小さくなることが判明した。これらの結果、マスクの開口部のノズル側の端部を（マスクの厚みの１／３以上）面取りすることにより、反発距離を小さくすることができるとともに、辺直線性を小さくすることができる（直線に近づけられる）ことと、面取りが大きいほど、反発距離および辺直線性を小さくすることができることが確認された。

内側面の垂直な部分の高さが大きくなる（Ｃが小さくなる）にしたがって反発距離が大きくなる理由は、下記の様に考えられる。図１１、図１２、図１３および図１４に示すように、正電荷が帯電している溶液材料が噴霧されることにより、樹脂（ＰＯＭ）からなる絶縁性のマスク３１〜３４の表面（内側面３１ｂ〜３４ｂ）には、正電荷が帯電する。ここで、図１１に示すように、開口部３１ａの端部が面取りされていない比較例１によるマスク３１の場合（Ｃ０）、マスク３１の開口部３１ａの内側面３１ｂの上下方向の全域が垂直部分になることから、開口部３１ａの内側面３１ｂの上下方向の全域が、溶液材料がマスク３１を通過する際の移動経路（電気力線）に近くなるため、マスク３１の内側面３１ｂの上下方向の全域において、電気力線に近い位置で帯電する正電荷が存在することになる。このため、比較例１によるマスク３１のように、開口部３１ａの端部が面取りされていない場合（Ｃ０）では、溶液材料が開口部３１ａの中央部側に比較的大きく反発されるため（反発距離Ｄ１）、辺直線性が大きくなった（直線からずれた）と考えられる。

一方、図１２〜図１４に示すように、マスク３２〜３４の開口部３２ａ〜３４ａの端部が面取りされた実施例１〜３の場合（Ｃ１、Ｃ２およびＣ３）、マスク３２〜３４の開口部３２ａ〜３４ａの内側面３２ｂ〜３４ｂのノズル１側の部分が、溶液材料の移動経路から離間するので、開口部３２ａ〜３４ａの内側面３２ｂ〜３４ｂの垂直部分の長さが小さくなり、その結果、溶液材料の近くに存在する電荷量が少なくなる。これにより、マスク３２〜３４の開口部３２ａ〜３４ａの端部が面取りされた実施例１〜３の場合（Ｃ１、Ｃ２およびＣ３）、溶液材料が反発されにくくなるので（反発距離Ｄ１（図１１参照）＞Ｄ２＞Ｄ３＞Ｄ４）、辺直線性が小さくなったと考えられる。また、マスクの開口部の端部の面取りを、大きくするにしたがって、開口部３２ａ〜３４ａの内側面３２ｂ〜３４ｂの垂直部分の長さがより小さくなり、溶液材料の移動経路の近くに存在する電荷量がより少なくなるので、より反発されにくくなり（反発距離Ｄ２＞Ｄ３＞Ｄ４）、辺直線性がより小さくなったと考えられる。

（実験２）
次に、図１５および図１６を参照して、マスクと基板との距離と、形成された薄膜の辺直線性および反発距離との関係を調べるために行った実験２について説明する。

実験２では、図１５に示すように、開口部３４ａのノズル１側の端部が、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向にそれぞれ３ｍｍ面取り（Ｃ３）されている実施例３によるマスク３４を用いた。また、マスク３４を、基板４から０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、および、５．０ｍｍ離れた位置に配置した。そして、マスク３４と基板４との距離を異ならせた場合の基板４上に形成された薄膜５の辺直線性を測定した。図１６では、横軸は、基板４とマスク３４との距離（ｍｍ）が示されている。また、左側の縦軸には、反発距離（ｍｍ）が示されている。また、右側の縦軸には、辺直線性の標準偏差が示されている。また、図１６に示される実線および破線は、それぞれ、反発距離および辺直線性の実験結果を多項式により近似した近似曲線である。

この結果、図１６に示されるように、マスク３４と基板４との距離が大きくなるにしたがって、反発距離が大きくなることが判明した。具体的には、基板４とマスク３４との距離が０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、５．０ｍｍと大きくなるにしたがって、反発距離が大きくなることが判明した。また、マスク３４と基板４との距離が大きくなるにしたがって、辺直線性の標準偏差が大きくなる（直線からずれる）ことが判明した。具体的には、基板４とマスク３４との距離が０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ（図１６には、図示せず）、５．０ｍｍ（図１６には、図示せず）と大きくなるにしたがって、辺直線性の標準偏差が大きくなる（直線からずれる）ことが判明した。これらの結果、マスクと基板との距離を小さくするほど、マスクの開口パターンの転写性を向上させることができることが確認された。特に、基板４とマスク３４との距離が０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲（マスク３４の厚みよりも小さい範囲）で反発距離および辺直線性を小さくすることができることが判明した。

マスク３４と基板４との距離が大きくなるにしたがって反発距離が大きくなる理由は、下記の様に考えられる。まず、マスク３４と基板４との距離が大きくなるにしたがって、マスク３４とノズル１（電極）との間の距離が小さくなり、これにより、マスク３４と基板４との距離が小さい場合に比べ、マスク３４に帯電する電荷量が大きくなると考えられる。このため、マスク３４と基板４との距離が大きくなるにしたがって、反発距離が大きくなり、また、これにともなって辺直線性が悪くなったと考えられる。

（実験３）
次に、図１７および図１８を参照して、基板上に形成される薄膜の断面形状を調べるために行った実験３について説明する。

実験３では、ノズル１（図１参照）から噴霧される溶液材料として、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）を用いた。また、比較例２として面取りされていない（Ｃ０）マスク１３１（図１７参照）と、実施例４として開口部１３２ａのノズル１側の端部が１ｍｍ面取り（Ｃ１）されたマスク１３２（図１８参照）とを用いた。なお、比較例２によるマスク１３１は、比較例１によるマスク３１（図６参照）と、同じ形状を有する。また、実施例４によるマスク１３２は、実施例１によるマスク３２（図７参照）と、同じ形状を有する。

図１７に示すように、面取りされていない（Ｃ０）比較例２によるマスク１３１を用いた場合には、基板４上に形成された薄膜５１の端部５１ａが突起状に盛り上がることが判明した。また、先述の通り、薄膜５１の幅Ｗ４は、マスク１３１の開口部１３１ａの幅Ｗ５よりも小さくなる（Ｗ４＜Ｗ５）。

また、図１８に示すように、開口部１３２ａのノズル１側の端部が１ｍｍ面取り（Ｃ１）された実施例４によるマスク１３２を用いた場合には、基板４上に形成された薄膜５２の端部５２ａが突起状に盛り上がることが確認されたが、薄膜５２の端部５２ａの盛り上がりの高さＨ２は、薄膜５１の端部５１ａの盛り上がりの高さＨ１（図１７参照）よりも小さくなる（Ｈ２＜Ｈ１）ことが判明した。また、薄膜５２の幅Ｗ６は、マスク１３２の開口部１３２ａ（基板４に対して直交する垂直な部分）の幅Ｗ５よりも小さくなる（Ｗ６＜Ｗ５）が、薄膜５２の幅Ｗ６は、薄膜５１の幅Ｗ４（図１７参照）よりも大きくなる（Ｗ６＞Ｗ４）ことが確認された。これらの結果、マスクの開口部のノズル側の端部を（マスクの厚みの１／３（１ｍｍ）以上）面取りすることにより、薄膜の端部の盛り上がりを抑制することができるとともに、マスクの開口パターンの転写性を向上させることができることが確認された。

次に、本実施形態の効果について説明する。

本実施形態では、上記のように、マスク３の開口部３ａのノズル１側の部分３ｂをマスク３の開口部３ａの基板４側の部分３ｃよりも開口面積を大きくすることによって、マスク３の開口部３ａの内側面３ｅのノズル１側の部分３ｂが、溶液材料がマスク３の開口部３ａを通過する際の溶液材料の移動経路から離間するので、その結果、マスク３の開口部３ａと溶液材料との反発作用が少なくなると考えられる。これにより、帯電した溶液材料がマスク３の開口部３ａを通過する際に、開口部３ａの中央部側に反発されにくくなり、マスク３の開口パターンの転写性を向上させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、マスク３の開口部３ａの少なくともノズル１側の部分３ｂを、ノズル１側に向かって開口面積を徐々に大きくする。これにより、マスク３の開口部３ａの内側面３ｅが、溶液材料の移動経路からノズル１側に向かって徐々に離間するので、マスク３の開口部３ａのノズル１側の端部３ｄのみがマスク３の開口部３ａの基板４側の部分３ｃよりも開口面積が大きくなる場合と比べて、帯電した溶液材料が開口部３ａの中央部側により反発されにくくすることができる。

また、本実施形態では、上記のように、マスク３の開口部３ａのノズル１側の端部３ｄを、面取りされた形状にする。これにより、容易に、マスク３の開口部３ａのノズル１側の部分３ｂの開口面積をマスク３の開口部３ａの基板４側の部分３ｃよりも大きくすることができるので、マスク３の開口パターンの転写性を容易に向上させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、マスク３の開口部３ａのノズル１側の端部３ｄを、マスク３の厚みｔ１とほぼ同じ厚み分、面取りする。これにより、マスク３の開口部３ａのノズル１側の端部３ｄをマスク３の厚みよりも小さい厚み分面取りする場合と比べて、溶液材料の移動経路からマスク３の開口部３ａの内側面３ｅをより離間させることができる。その結果、帯電した溶液材料がマスク３の開口部３ａを通過する際に、開口部３ａの中央部側により効果的に反発されにくくすることができるので、マスク３の開口パターンの転写性をより効果的に向上させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、マスク３の少なくとも表面を、樹脂により構成する。ここで、マスクの全体が導電性の部材により形成されている場合には、ノズル１側から発生した電界（電気力線）が導電性のマスクの表面に到達することに起因して導電性のマスクの表面に溶液材料が堆積されるのを抑制するために、導電性のマスクに電圧（溶液材料に印加される電圧の数分の１程度の比較的高い電圧）を印加する必要がある。このように、導電性のマスクに比較的高い電圧を印加した場合には、導電性のマスクと基板４との間の絶縁破壊を抑制するために、導電性のマスクを、基板４から比較的大きい距離を隔てて配置する必要がある。その結果、良い転写性が得られない。そこで、本実施形態では、マスク３の少なくとも表面を絶縁性の樹脂により構成することにより、マスク３のノズル１側の表面にはノズル１に印加する電圧と同極性の電荷が帯電するので、マスク３に電圧を印加する必要がない。これにより、マスク３と基板４との距離を小さくすることができるので、マスク３の開口パターンの転写性をさらに向上させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、絶縁性の表面からなるマスク３と基板４との距離ｄ１を、マスク３の厚みｔ１よりも小さくする。これにより、マスクを基板に近づける、すなわち、ノズルから遠ざけることによりマスクの帯電の電荷量が小さくなるため、溶液材料が反発されにくくなり、容易に、マスク３の開口パターンの転写性をさらに向上させることができる。

なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、本発明の薄膜形成装置を、エレクトロスプレー装置の形態で示したが、本発明はこれに限られない。ノズルから電圧が印加した状態の溶液材料がマスクを介して基板に噴霧される装置であれば、エレクトロスプレー装置以外の薄膜形成装置に本発明を適用してもよい。

また、上記実施形態では、マスクの開口部のノズル側の端部が、マスクの厚みとほぼ同じ厚み分、面取りされた例（図３参照）を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、実験１に用いられた実施例１のマスク３２（図７参照）、および、実施例２のマスク３３（図８参照）のように、マスクの開口部のノズル側の端部がマスクの厚みよりも小さい厚み分、面取りされていてもよい。

また、上記実施形態では、マスクの開口部のノズル側の端部が４５度の傾斜角度で面取りされている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、マスクの開口部のノズル側の端部を４５度以外の傾斜角度で面取りしてもよい。

また、上記実施形態では、マスクが、マスクの厚みの１／３以上の厚み分面取りされている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、マスクを、マスクの厚みの１／３未満の厚み分面取りしてもよい。

また、上記実施形態では、マスクの開口部のノズル側の端部がＣ面取り（直線状の面取り）された形状を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１９に示す第１変形例のように、マスク３５の開口部３５ａのノズル１側の端部がＲ面取り（凹状に面取り）された形状を有していてもよい。また、図２０に示す第２変形例のように、マスク３６の開口部３６ａのノズル１側（矢印Ｚ１方向側）の端部が面取りされることなく段差形状を有していてもよい。

また、上記実施形態では、マスクが絶縁性の部材により構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図２１に示す第３変形例のように、表面（全面）に樹脂３７ａがコーティングされた金属製（ＳＵＳなど）のマスク３７を用いてもよい。これにより、マスクの機械的強度を向上させながら、絶縁性を確保することができる。

また、上記実施形態では、約３ｍｍの厚みｔ１を有するマスクを用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、マスクの寸法が比較的大きい場合などのように、マスクが変形しやすい場合では、図２２に示す第４変形例のように、約３ｍｍよりも大きい厚みｔ２を有するマスク３８を用いてもよい。また、マスクの寸法が比較的小さい場合などのように、マスクが変形しにくい場合では、約３ｍｍよりも小さい厚みを有するマスクを用いてもよい。すなわち、マスクの厚みは、マスクの変形と転写性とのバランスなどを考慮して設定される。

また、上記実施形態では、マスクの開口部が、平面視において、略矩形形状を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、マスクの開口部は、略矩形形状以外の形状でもよい。

また、上記実施形態では、略矩形形状のマスクの開口部の４辺の全てにおいて、開口部の端部が面取りされている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、略矩形形状のマスクの開口部の４辺のうちの一部において、開口部の端部が面取りされていてもよい。

また、上記実施形態では、溶液材料がノズルから下向きに噴射される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、溶液材料をノズルから上向き、または、横向きに噴射してもよい。

１ ノズル
３ マスク
３ａ 開口部
３ｂ ノズル側の部分
３ｃ 基板側の部分
３ｄ 端部
４ 基板
５ 薄膜
１００ エレクトロスプレー装置（薄膜形成装置）

Claims (6)

1. 溶液材料に電圧を印加した状態で噴霧するノズルと、
   前記ノズルと基板との間の前記基板の近傍に配置され、所定の開口パターンを有する開口部を含むマスクとを備え、
   前記ノズルから噴霧された溶液材料は、前記基板に薄膜として堆積され、
   前記マスクの開口部の前記ノズル側の部分は、前記マスクの開口部の前記基板側の部分よりも開口面積が大きくなるように構成されている、薄膜形成装置。
2. 前記マスクの開口部の少なくとも前記ノズル側の部分は、前記ノズル側に向かって開口面積が徐々に大きくなる形状を有している、請求項１に記載の薄膜形成装置。
3. 前記マスクの開口部の前記ノズル側の端部は、面取りされた形状を有する、請求項１または２に記載の薄膜形成装置。
4. 前記マスクの開口部の前記ノズル側の端部は、前記マスクの厚みとほぼ同じ厚み分、面取りされた形状を有する、請求項３に記載の薄膜形成装置。
5. 前記マスクの少なくとも表面は、樹脂により構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。
6. 前記マスクと前記基板との距離は、前記マスクの厚みよりも小さい、請求項５に記載の薄膜形成装置。

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