JP3162313B2 - 薄膜製造方法および薄膜製造装置 - Google Patents

薄膜製造方法および薄膜製造装置

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JP3162313B2
JP3162313B2 JP00741997A JP741997A JP3162313B2 JP 3162313 B2 JP3162313 B2 JP 3162313B2 JP 00741997 A JP00741997 A JP 00741997A JP 741997 A JP741997 A JP 741997A JP 3162313 B2 JP3162313 B2 JP 3162313B2
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vacuum
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜製造方法と薄
膜製造装置に関するものである。更に詳しくは、本発明
は、波長選択透過膜、反射膜、光非線形効果膜、光電変
換装置、光導電性膜、光記録媒体、有機エレクトロルミ
ネッセンス素子、画像表示装置、空間光変調器等の光技
術、および、オプトエレクトロニクス技術等に特に有用
な、高機能性の光学薄膜としての薄膜を、高品質かつ高
効率で製造することを可能とする新しい薄膜製造方法と
薄膜製造装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術と課題】従来より、各種の組成からなる光
学薄膜が様々な応用分野において使用されており、例え
ば、光の吸収あるいは干渉を利用した波長選択透過や反
射機能を利用した光学薄膜が一般的に用いられている。
そして特に近年においては、レーザー光を利用したオプ
トエレクトロニクスの分野において、光の多重性を利用
した情報の多元並列高速処理のための応用や、光非線形
効果および光電気効果の応用のために、従来とは異なる
高機能を有する光学薄膜の開発が盛んに進められてい
る。
【0003】このような新しい高機能光学薄膜を形成す
るための素材として注目されているものに有機系光学材
料がある。この有機系光学材料を用いた有機系光学薄膜
の製造方法について各種の検討がこれまでにも進められ
ており、例えば以下のような方法が知られている。
【0004】(1)溶液、分散液、または、展開液を設
けている湿式法塗布法、ブレードコート法、ロールコー
ト法、スピンコート法、ディッピング 法、スプレー法などの塗工法、平版、凸版、凹版、孔
版、スクリーン、転写などの印刷法、電着法、電解重合
法、ミセル電解法(特開昭63−243298号公報)
などの電気化学的手法、および、水の上に形成させた単
分子膜を移し取るラングミア・ブロジェット法などであ
る。
【0005】(2)原料モノマーの重合などの高分子化
反応を利用する方法 キャスティング法、リアクション・インジェクション・
モールド法、プラズマ重合法、および、光重合法などで
ある。
【0006】(3)気体分子を用いる方法(加熱による
気化法) 昇華転写法、蒸着法、真空蒸着法、イオンビーム法、ス
パッタリング法、プラズマ重合法、および、光重合法な
どである。
【0007】(4)溶融あるいは軟化を利用する方法 ホットプレス法(特開平4−99609号公報)、射出
成形法、延伸法、および、溶融薄膜の単結晶化方法など
である。
【0008】しかしながら、これらの従来の製造方法の
場合には、対象とされる光学薄膜の組成および構造は比
較的単純なものに限られており、より高度な微細構造の
制御を可能とした高機能な有機系光学薄膜を製造するの
には適していないのが実情であった。例えば、従来の薄
膜製造方法においては、有機イオン結晶等の融点が存在
しない材料を用いた場合には、加熱により分解してしま
い、またその材料に融点が存在しても気化温度において
その材料が分解してしまうため、これらの現象を制御す
ることや、この制御により高機能な有機系光学薄膜を実
現することは困難であった。
【0009】これらの課題を解決するための手段の1つ
として、本発明の発明者は特開平6−306181号公
報および特開平7−252671号公報において、溶液
または分散液状態の有機系光学材料を高真空容器内に噴
霧して基板上に堆積させ、加熱処理することを特徴とす
る有機系光学薄膜の製造法およびその装置をすでに開示
している。この方法により有機系光学材料の分解温度よ
りもはるかに低い温度において、マイクロメートル未満
の微細領域で構造の制御された光学薄膜の作製が可能に
なった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記発
明の有機系光学薄膜の製造方法およびその装置におい
て、薄膜形成材料を堆積させるための基板の表面を浄化
処理するに当たっては、前記装置の外部で浄化処理を行
う必要があり、表面浄化処理を施した基板を薄膜製造装
置へ移送する間に、基板表面が浮遊粉塵および/または
汚染性ガスに曝され、浄化処理の効果が薄れ、基板と薄
膜の密着強度が低下することがあるという課題があっ
た。また、前記発明の有機系光学薄膜の製造方法および
その装置においては、製造された薄膜をガスバリア性の
材料で密封処理して耐久性を高めようとする場合、前記
装置の外部で密封処理を行う必要があり、薄膜製造装置
から取り出したときに、薄膜表面または周辺部が浮遊粉
塵および/または汚染性ガスに曝され、密封処理の効果
が薄れ、薄膜の耐久性が低下することがあるという課題
があった。
【0011】従って、このような従来の薄膜製造方法を
用いて、高機能性薄膜を効率良く製造することには、自
ずと限界があった。
【0012】本発明は、以上の通りの従来技術の欠点を
解消し、薄膜形成材料の熱分解をもたらすことなく、高
度な微細構造制御をもち、基板との密着強度が高く、耐
久性が高い、より高機能な薄膜を効率良く製造すること
を可能とする新しい薄膜製造方法と薄膜製造装置を提供
することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願の請求項1記載の発明に係る薄膜製造方法は、
少なくとも1種類の液体状態の薄膜形成材料を、前記薄
膜形成材料の種類毎に設けた噴霧ノズルから真空容器内
に噴霧して基板上に堆積させる噴霧工程および加熱処理
する加熱処理工程からなり、前記噴霧工程に先立ち、前
記真空容器内を浄化する工程を有することを特徴とする
薄膜製造方法であって、更に、前記薄膜形成材料の成分
組成に応じて下記の(1)ないし(3)の群の中から選
択される温度の内、最も低い温度を超える温度を下限と
し、前記薄膜形成材料構成成分中、最も低い温度で熱分
解する成分の熱分解開始温度を超えない温度を上限とす
る温度範囲に、前記噴霧工程における基板温度が制御さ
、更に、前記基板には、薄膜を製造する面とは反対側
の面に除去可能な発熱膜を設けられ、前記発熱膜を用い
て加熱することによって基板温度を制御することを特徴
とする。
【0014】(1)前記薄膜形成材料が、熱可塑性高分
子化合物を含有する組成物を含む場合、前記熱可塑性高
分子化合物を含有する組成物の溶融開始温度。
【0015】(2)前記薄膜形成材料が有機および無
の少なくとも一方の高分子化合物前駆体を含有する場
合、該高分子化反応の開始温度。
【0016】(3)前記薄膜形成材料が有機および無
の少なくとも一方の架橋剤または架橋性化合物を含有す
る場合、該架橋反応の開始温度。
【0017】また、上記目的を達成するために、本願の
請求項2記載の薄膜製造方法は、請求項1記載の薄膜形
成方法において、噴霧工程に先立ち、真空容器内、また
は、真空容器に気密扉を介して接続され浮遊粉塵およ
染性ガスの少なくとも一方のない清浄な密閉容器内
で、基板の表面を浄化処理した後、浮遊粉塵および汚
性ガスの少なくとも一方に基板表面を曝すことなく噴霧
工程を行うことを特徴とする。
【0018】また、上記目的を達成するために、本願の
請求項3記載の薄膜製造方法は、請求項1または請求項
2記載の薄膜製造方法において、薄膜を製造する面とは
反対側の面に除去可能な導電性発熱膜を設けた基板を用
い、前記導電性発熱膜に通電して加熱することによって
基板温度を請求項1に記載の温度範囲に制御することを
特徴とする。
【0019】また、上記目的を達成するために、本願の
請求項4に記載の薄膜製造方法は、請求項1または請求
項2記載の薄膜製造方法において、薄膜を製造する面と
は反対側の面に除去可能な可視光線吸収膜および赤外線
吸収膜の少なくとも一方を設けた基板を用い、前記可視
光線吸収膜および赤外線吸収膜の少なくとも一方へ吸収
波長帯域の光を照射して加熱することによって基板温度
を請求項1に記載の温度範囲に制御することを特徴とす
る。
【0020】また、上記目的を達成するために、本願の
請求項5に記載の薄膜製造方法は、請求項1または請求
項2記載の薄膜製造方法において、薄膜を製造する面と
は反対側の面に除去可能な導電性磁性体からなる発熱
を設けた基板を用い、前記導電性磁性体からなる発熱
に誘導コイルから電磁波を照射して渦電流を発生させて
加熱することによって基板温度を制御することを特徴と
する。
【0021】また、上記目的を達成するために、本願の
請求項6に記載の薄膜製造方法は、請求項1または請求
項2記載の薄膜製造方法において、基板を不揮発性の液
体または流動体を介して発熱源を兼ねた基板保持板に密
着させ、前記発熱源を兼ねた基板保持板を通電発熱体加
熱、可視光線加熱および赤外線加熱の少なくとも一方、
または、誘導電流加熱することによって、基板温度を制
御することを特徴とする。
【0022】また、上記目的を達成するために、本願の
請求項7に記載の薄膜製造方法は、請求項1または請求
項2記載の薄膜製造方法において、基板をゴム状弾性体
を介して発熱源を兼ねた基板保持板に密着させ、前記
熱源を兼ねた基板保持板を通電発熱体加熱、可視光線加
熱および赤外線加熱の少なくとも一方、または、誘導電
流加熱することによって、基板温度を制御することを特
徴とする。
【0023】また、上記目的を達成するために、本願の
請求項8記載の薄膜製造方法は、請求項1ないし7のい
ずれか記載の薄膜製造方法において、加熱処理の後に加
圧成形することを特徴とする。
【0024】また、上記目的を達成するために、本願の
請求項9記載の薄膜製造方法は、請求項8記載の薄膜製
造方法において、加圧成形する際の基板温度が、請求項
1に記載の温度範囲に制御されていることを特徴とす
る。
【0025】また、上記目的を達成するために、本願の
請求項10に記載の薄膜製造方法は、請求項1ないし9
のいずれか記載の薄膜製造方法において、製造された薄
膜を大気中に取り出すことなく、真空容器内、または、
真空容器に気密扉を介して接続され浮遊粉塵および汚
性ガスの少なくとも一方のない清浄な密閉容器内で密封
処理することを特徴とする。
【0026】また、上記目的を達成するために、本願の
請求項11に記載の薄膜製造装置は、真空容器と、前記
真空容器内を浄化する浄化手段と、浄化された真空容器
内に設けられ薄膜形成材料をその種類毎に噴霧する少な
くとも1つの噴霧手段と、前記薄膜形成材料が堆積さ
、薄膜を製造する面とは反対側の面に除去可能な発熱
膜が設けられた基板と、前記基板温度を測定する測定手
段と、前記基板の温度を所定の温度範囲に加熱する加熱
手段と、前記加熱手段を制御する制御手段と、前記真空
容器内を真空排気する排気手段と、を有し、前記所定の
温度範囲は、前記薄膜形成材料の成分組成に応じて下記
の(1)ないし(3)の群の中から選択される温度の
内、最も低い温度を超える温度を下限とし、前記薄膜形
成材料構成成分中、最も低い温度で熱分解する成分の熱
分解開始温度を超えない温度を上限とする温度範囲であ
ることを特徴とする。(1)前記薄膜形成材料が、熱可
塑性高分子化合物を含有する組成物を含む場合、前記熱
可塑性高分子化合物を含有する組成物の溶融開始温度
(2)前記薄膜形成材料が有機および無機の少なくとも
一方の高分子化合物前駆体を含有する場合、該高分子化
反応の開始温度(3)前記薄膜形成材料が有機および無
機の少なくとも一方の架橋剤または架橋性化合物を含有
する場合、該架橋反応の開始温度
【0027】また、上記目的を達成するために、本願の
請求項12に記載の薄膜製造装置は、請求項11記載の
薄膜製造装置において、前記真空容器内、または、前記
真空容器に気密扉を介して接続され浮遊粉塵および汚
性ガスの少なくとも一方のない清浄な密閉容器内に、前
記基板の表面を噴霧工程に先立って浄化処理するための
浄化処理手段を設けたことを特徴とする。
【0028】また、上記目的を達成するために、本願の
請求項13記載の薄膜製造装置は、請求項12記載の薄
膜製造装置において、前記真空容器は少なくとも2基以
上の真空容器からなり、互いに気密扉を備えた搬送室を
介して連結され、前記真空容器の中の1基は、基板前処
理室として使用され、前記基板の表面を浄化処理する浄
化処理手段と、前記基板を該真空容器内および次工程の
真空容器へ移送するための移送手段と、該真空容器内を
真空排気する排気手段と、を有し、更に、真空容器の中
の他の1基は、真空噴霧室として使用され、前記薄膜形
成材料をその種類毎に噴霧する少なくとも1つ以上の噴
霧手段と、前記薄膜形成材料を堆積させる基板と、前記
基板温度を測定する測定手段と、前記基板の温度を請求
項1記載の温度範囲に加熱する加熱手段と、前記加熱手
段を制御する制御手段と、前記基板を該真空容器内およ
び次工程の真空容器へ移送するための移送手段と、該真
空容器内を真空排気する排気手段と、を有することを特
徴とする。
【0029】また、上記目的を達成するために、本願の
請求項14に記載の薄膜製造装置は、請求項11ないし
13のいずれか記載の薄膜製造装置において、前記真空
容器内に、前記基板上の堆積物を加圧成形するための加
圧成形手段を設けたことを特徴とする。
【0030】また、上記目的を達成するために、本願の
請求項15に記載の薄膜製造装置は、請求項11ない
4のいずれか記載の薄膜製造装置において、製造され
た薄膜を、前記真空容器および前記いずれかの真空容器
に気密扉を介して接続された密閉容器の少なくとも一方
、浮遊粉塵および汚染性ガスの少なくとも一方のな
い清浄な状態で密封処理する密封処理手段を設けたこと
を特徴とする。
【0031】また、上記目的を達成するために、本願の
請求項16記載の薄膜製造装置は、請求項11ないし1
5のいずれか記載の薄膜製造装置において、基板を密着
させて保持する保持手段および基板加熱手段を設けた基
板保持板を備えていることを特徴とする。
【0032】また、上記目的を達成するために、本願の
請求項17記載の薄膜製造装置は、請求項11ないし1
6のいずれか記載の薄膜製造装置において、基板加熱手
段として、通電発熱体加熱方式の加熱手段を設けている
ことを特徴とする。
【0033】また、上記目的を達成するために、本願の
請求項18記載の薄膜製造装置は、請求項11ないし1
6のいずれか記載の薄膜製造装置において、基板加熱手
段として、可視光線および/または赤外線加熱方式の加
熱手段を設けていることを特徴とする。
【0034】また、上記目的を達成するために、本願の
請求項19記載の薄膜製造装置は、請求項11ないし1
6のいずれか記載の薄膜製造装置において、基板加熱手
段として、誘導電流加熱方式の加熱手段を設けているこ
とを特徴とする。
【0035】
【0036】[薄膜形成材料]本発明で用いられる液体
状態の薄膜形成材料は、例えば、以下のようなものであ
る。
【0037】(1)熱可塑性有機高分子化合物を揮発性
の溶媒中に溶解した溶液、または、分散した分散液。
【0038】(2)不揮発性の熱可塑性有機高分子化合
物前駆体(モノマーまたはオリゴマー)を揮発性の溶媒
中に溶解した溶液、または、分散した分散液。
【0039】(3)不揮発性の熱硬化性有機高分子化合
物前駆体(モノマーまたはオリゴマー)を揮発性の溶媒
中に溶解した溶液、または、分散した分散液。
【0040】(4)不揮発性の無機高分子化合物前駆体
(モノマーまたはオリゴマー)を揮発性の溶媒中に溶解
した溶液、または、分散した分散液。
【0041】(5)上記の溶液または分散液中に、有機
低分子化合物を溶解した溶液、または、分散した分散
液。
【0042】(6)上記の溶液または分散液中に、セレ
ン、テルル、ゲルマニウム、珪素、シリコンカーバイ
ド、塩化銅、硫化カドミウム、セレン化カドミウム、C
d−Zn−Mn−Se−Te−S−O、および、Ga−
In−Al−As−Pなどの半導体微粒子、または、金
コロイドなどの金属微粒子を分散させた分散液。
【0043】(7)上記の溶液または分散液中に有機お
よび/または無機の架橋剤または架橋性化合物を添加し
た溶液または分散液。
【0044】本発明の薄膜製造方法では、少なくとも1
種類の薄膜形成材料を、溶液または分散液の状態で、薄
膜形成材料の種類毎に設けた噴霧ノズルから高真空容器
内に噴霧するため、各成分毎に最適な溶媒または分散媒
を選択して使用することが可能であり、更にまた、溶液
または分散液の濃度を各成分毎に最適に設定することが
できる。
【0045】以下、薄膜形成材料の個々の成分につい
て、更に具体的に例示する。
【0046】[熱可塑性有機高分子化合物]本発明にお
いて薄膜形成材料の1成分として使用することのできる
熱可塑性有機高分子化合物の具体例としては、例えば、
ポリスチレン、ポリ(α−メチルスチレン)、ポリイン
デン、ポリ(4−メチル−1−ペンテン)、ポリビニル
ピリジン、ポリビニルホルマール、ポリビニルアセター
ル、ポリビニルブチラール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニ
ルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、
ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルエチルエーテ
ル、ポリビニルベンジルエーテル、ポリビニルメチルケ
トン、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、ポリ(N−ビ
ニルピロリドン)、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリ
ル酸エチル、ポリアクリル酸、ポリアクリロニトリル、
ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポ
リメタクリル酸ブチル、ポリメタクリル酸ベンジル、ポ
リメタクリル酸シクロヘキシル、ポリメタクリル酸、ポ
リメタクリル酸アミド、ポリメタクリロニトリル、ポリ
アセトアルデヒド、ポリクロラール、ポリエチレンオキ
シド、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレンテレフタ
レート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネー
ト類(ビスフェノール類+炭酸)、ポリ(ジエチレング
リコール・ビスアリルカーボネート)類、6−ナイロ
ン、6,6−ナイロン、12−ナイロン、6,12−ナ
イロン、ポリアスパラギン酸エチル、ポリグルタミン酸
エチル、ポリリジン、ポリプロリン、ポリ(γ−ベンジ
ル−L−グルタメート)、メチルセルロース、エチルセ
ルロース、ベンジルセルロース、ヒドロキシエチルセル
ロース、ヒドロキシプロピルセルロース、アセチルセル
ロース、セルローストリアセテート、セルローストリブ
チレート、ポリウレタン樹脂などの樹脂、ポリ(フェニ
ルメチルシラン)などの有機ポリシラン、有機ポリゲル
マン、および、これらの共重合・共重縮合体を挙げるこ
とができる。更に、二硫化炭素、四フッ化炭素、エチル
ベンゼン、パーフルオロベンゼン、パーフルオロシクロ
ヘキサン、トリメチルクロロシランなどの、通常では重
合性のない化合物をプラズマ重合して得た熱可塑性高分
子化合物などを使用することもできる。
【0047】なお、これら熱可塑性有機高分子化合物は
有機色素や光非線形効果を示す有機低分子化合物の残基
をモノマー単位の側鎖として、あるいは架橋基として、
共重合モノマー単位として、または重合開始末端として
含有していても良い。
【0048】以上のような熱可塑性有機高分子化合物を
揮発性の溶剤に溶解または分散した液を、本発明におけ
る液体状態の薄膜形成材料として使用することができ
る。
【0049】また、以上のような熱可塑性有機高分子化
合物の前駆体(モノマーまたはオリゴマー)が不揮発性
であれば、該前駆体を揮発性の溶剤に溶解または分散し
た液を、本発明における液体状態の薄膜形成材料として
使用することができる。
【0050】また、以上のような熱可塑性有機高分子化
合物および/またはその前駆体に、適当な架橋剤を添加
して使用することもできる。
【0051】なお、以上のような熱可塑性有機高分子化
合物および/またはその前駆体が架橋性官能基を有する
架橋性化合物であっても良いが、このような化合物は、
通常、以下に述べる熱硬化性高分子化合物に分類され
る。
【0052】[熱硬化性有機高分子化合物およびその前
駆体]本発明において、溶剤可溶性かつ不揮発性の熱硬
化性有機高分子化合物前駆体および、必要に応じて、不
揮発性の硬化剤または重合開始剤を揮発性の溶剤に溶解
または分散した液を、液体状態の薄膜形成材料として使
用することができる。本発明で用いることのできる熱硬
化性有機高分子化合物およびその前駆体の具体例を以下
に列挙して説明する。
【0053】[アルキド樹脂]無水フタル酸のような二
塩基酸とグリセリンの組み合わせのように、2,3官能
基反応では反応速度を高くするとゲル化が起こる。この
ような反応で、ゲル化前に反応を止めて得られた溶剤可
溶性樹脂を総称して熱硬化性アルキド樹脂と呼んでい
る。このような熱硬化性有機高分子化合物の前駆体を成
膜した後、加熱すると硬化(3次元化)し、溶剤に不溶
の膜が得られる。
【0054】[脂肪酸変性アルキド樹脂]熱硬化性アル
キド樹脂の成分である二塩基酸とグリセリンに脂肪酸を
添加し、脂肪酸変性アルキド樹脂とすることによって、
上記ゲル化を押さえ、かつ、硬化後の熱硬化樹脂に柔軟
性を付与して耐衝撃性を向上させることができる。
【0055】[不飽和ポリエステル樹脂]重縮合反応に
よるポリエステルの生成で、二重結合をもつグリコール
または二塩基酸を用いると不飽和基を有する架橋性のポ
リエステルが得られる。通常、不飽和の二塩基酸として
フマル酸、マレイン酸などが用いられる。また、二重結
合をもつグリコールとして、プロピレングリコールなど
が用いられる。不飽和基を有するポリエステルに適当な
重合開始剤を加えて加熱すると架橋反応が起こり熱硬化
する。
【0056】[エポキシ樹脂]ビスフェノール類とエピ
クロルヒドリンの塩基触媒重縮合の条件を調整すること
によって、両末端にエポキシ基を有した、いわゆるエポ
キシ樹脂が得られる。この樹脂の溶液に硬化剤を加えて
成膜し、加熱することによって硬化が起こる。本発明で
用いることのできる不揮発性の硬化剤としては末端エポ
キシ基との開環付加あるいは鎖中の水酸基とのエステル
化反応を起こしやすいものが用いられ、開環付加を起こ
す硬化剤としてアミン類が、また、エステル化を起こす
硬化剤として二塩基酸およびその酸無水物が用いられ
る。
【0057】[付加縮合による熱硬化性樹脂]ホルムア
ルデヒドは芳香族炭化水素(フェノール、トルエン、キ
シレンなど)やアミノ基を有する化合物(尿素、メラミ
ン、グアナミンなど)と反応して、比較的低分子量の溶
剤可溶性高分子化合物を生成する。このような樹脂は加
熱または適当な硬化剤とともに加熱すると硬化(3次元
化)する。これらは原料にちなんで、フェノール樹脂、
尿素樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、トルエン樹
脂、グアナミン樹脂などと呼ばれている。
【0058】以上のような熱硬化性高分子化合物の前駆
体を揮発性溶剤に溶解または分散した液に、不揮発性の
硬化剤または重合開始剤を溶解または分散した液を本発
明の薄膜形成材料として使用することができる。
【0059】[架橋剤]本発明で用いられる薄膜形成材
料の1成分として使用することのできる不揮発性の架橋
剤の具体例としては、架橋反応の種類に応じて、以下に
述べるようなものを挙げることができる。
【0060】(1)ジビニル化合物など ジビニル化合物などの2つの炭素間二重結合部分が、各
々、架橋相手の炭素間二重結合と四中心反応を起こし、
シクロブタン環を形成することによって、架橋反応が進
行する。
【0061】また、ジビニル化合物をチオール基を有す
る高分子化合物と反応させると、スルフィド結合形成に
よる架橋が起こる。
【0062】(2)ジイソシアナート ジイソシアナートをアルコール性水酸基またはアミノ基
を有する高分子化合物に作用させるとウレタン結合また
は尿素結合を形成することによって架橋反応が起こる。
【0063】(3)ビスケテン ケテン基を2つ有する化合物をアミノ基を有する高分子
化合物に作用させるとアミド結合を形成することによっ
て架橋が進行する。
【0064】(4)ビスエチレンイミン ビスエチレンイミンをアルコール性水酸基を有する高分
子化合物に作用させるとエーテルアミン結合を形成する
ことによって架橋が起こる。
【0065】(5)ビスエチレンウレタン ビスエチレンウレタンをアルコール性水酸基を有する高
分子化合物に作用させるとエーテルウレタン結合を形成
することによって架橋が起こる。
【0066】(6)ビスエポキシド ビスエポキシドをアルコール性水酸基を有する高分子化
合物に作用させるとエーテル結合が形成され、架橋反応
が進行する。
【0067】(7)ジオール アルコール性水酸基を2つ有する化合物は、カルボン酸
基を有する化合物とエステル結合を形成することによっ
て、架橋反応が進行する。
【0068】(8)ジカルボン酸 カルボン酸基を2つ有する化合物は、アルコール性水酸
基を有する化合物とエステル結合を形成することによっ
て、架橋反応が進行する。
【0069】また、カルボン酸基を2つ有する化合物
は、アミノ基を有する化合物とアミド結合を形成して架
橋する。
【0070】(9)ジアミン アミノ基を2つ有する化合物は、アミノ基が各々、カル
ボン酸基を有する化合物とアミドまたはイミドを形成す
ることによって架橋反応が進行する。
【0071】(10)ビスカルボン酸無水物 カルボン酸無水物構造を分子内に2つ有する化合物(テ
トラカルボン酸無水物)は、アミノ基を有する化合物と
イミド結合を形成して架橋する。
【0072】(11)ジクロロシラン誘導体 長鎖アルキル基などが結合した不揮発性ジクロロシラン
誘導体をシラノール基(SiOH)を有する高分子化合
物に作用させ脱塩酸縮合させると、シロキサン結合(O
−Si−O−)を形成して架橋反応が進行する。
【0073】(12)シランカップリング剤やチタンカ
ップリング剤として知られている高分子化合物は、基板
表面に結合した水酸基のような極性官能基と有機高分子
化合物を縮合反応によって「架橋する」ものである。こ
のようなカップリング剤も、不揮発性であれば、本発明
で用いられる薄膜形成材料の1成分として使用すること
ができる。
【0074】[有機低分子化合物]本発明で用いられる
薄膜形成材料の1成分として使用することのできる有機
低分子化合物の具体例としては、例えば、尿素およびそ
の誘導体、m−ニトロアニリン、2−メチル−4−ニト
ロアニリン、2−(N,N−ジメチルアミノ)−5−ニ
トロアセトアニリド、N,N’−ビス(4−ニトロフェ
ニル)メタンジアミンなどのベンゼン誘導体、4−メト
キシ−4’−ニトロビフェニルなどのビフェニル誘導
体、4−メトキシ−4’−ニトロスチルベンなどのスチ
ルベン誘導体、4−ニトロ−3−ピコリン=N−オキシ
ド、(S)−(−)−N−(5−ニトロ−2−ピリジ
ル)−プロリノールなどのピリジン誘導体、2’,4,
4’−トリメトキシカルコンなどのカルコン誘導体、チ
エニルカルコン誘導体などの2次非線形光学活性物質の
他、各種の有機色素、有機顔料、有機光導電材料、有機
エレクトロルミネッセンス材料、電荷輸送剤(正孔輸送
剤、電子輸送剤)、有機フォトリフラクティブ材料、お
よび、液晶などを挙げることができる。
【0075】[液晶]本発明の薄膜形成材料の1成分と
して用いられる液晶の具体例としては、例えば、種々の
コレステロール誘導体、4’−n−ブトキシベンジリデ
ン−4−シアノアニリン、4’−n−ヘキシルベンジリ
デン−4−シアノアニリンなどの4’−アルコキシベン
ジリデン−4−シアノアニリン類、4’−エトキシベン
ジリデン−4−n−ブチルアニリン、4’−メトキシベ
ンジリデンアミノアゾベンゼン、4−(4’−メトキシ
ベンジリデン)アミノビフェニル、4−(4’−メトキ
シベンジリデン)アミノスチルベンなどの4’−アルコ
キシベンジリデンアニリン類、4’−シアノベンジリデ
ン−4−n−ブトキシアニリン、4’−シアノベンジリ
デン−4−n−ヘキシルオキシアニリンなどの4’−シ
アノベンジリデン−4−アルコキシアニリン類、4’−
n−ブトキシカルボニルオキシベンジリデン−4−メト
キシアニリン、p−カルボキシフェニル−n−アミルカ
ーボネート、n−ヘプチル4−(4’−エトキシフェノ
キシカルボニル)フェニルカーボネートなどの炭酸エス
テル類、4−n−ブチル安息香酸4’−エトキシフェニ
ル、4−n−ブチル安息香酸4’−オクチルオキシフェ
ニル、4−n−ペンチル安息香酸4’−ヘキシルオキシ
フェニルなどの4−アルキル安息香酸4’−アルコキシ
フェニルエステル類、4,4’−ジ−n−アミルオキシ
アゾキシベンゼン、4,4’−ジ−n−ノニルオキシア
ゾキシベンゼンなどのアゾキシベンゼン誘導体、4−シ
アノ−4’−n−オクチルビフェニル、4−シアノ−
4’−n−ドデシルビフェニルなどの4−シアノ−4’
−アルキルビフェニル類などの液晶、および(2S,3
S)−3−メチル−2−クロロペンタノイック酸4’,
4”−オクチルオキシビフェニル、4’−(2−メチル
ブチル)ビフェニル−4−カルボン酸4−ヘキシルオキ
シフェニル、4’−オクチルビフェニル−4−カルボン
酸4−(2−メチルブチル)フェニルなどの強誘電性液
晶を挙げることができる。
【0076】[揮発性溶媒]例えば以上の通り例示する
ことのできる有機高分子化合物や有機低分子化合物、お
よび、液晶は、揮発性の溶媒に溶解するか、あるいは分
散させて高真空容器内に噴霧される。この際の溶媒とし
ては、上記のような薄膜形成材料を溶解または分散する
液体であり、揮発性を有し、腐食性のないものであれ
ば、任意のものが使用できる。
【0077】具体的には、例えば、メタノール、エタノ
ール、イソプロピルアルコール、n−ブタノール、アミ
ルアルコール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコー
ルなどのアルコール類、エチレングリコール、ジエチレ
ングリコール、グリセリンなどの多価アルコール類、酢
酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸アミル、酢酸イソプロ
ピルなどのエステル類、アセトン、メチルエチルケト
ン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどの
ケトン類、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、メト
キシエタノール、エトキシエタノール、ブトキシエタノ
ール、カルビトールなどのエーテル類、テトラヒドロフ
ラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソランなど
の環状エーテル類、ジクロロメタン、クロロホルム、四
塩化炭素、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリ
クロロエタン、トリクレンなどのハロゲン化炭化水素
類、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、
o−ジクロロベンゼン、ニトロベンゼン、アニソール、
α−クロロナフタレンなどの芳香族炭化水素類、n−ペ
ンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、シクロヘキサン
などの脂肪族炭化水素類、N,N−ジメチルホルムアミ
ド、N,N−ジメチルアセトアミド、ヘキサメチルホス
ホリックトリアミドなどのアミド類、N−メチルピロリ
ドンなどの環状アミド類、テトラメチル尿素、1,3−
ジメチル−2−イミダゾリジノンなどの尿素誘導体類、
ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類、炭酸エチ
レン、炭酸プロピレンなどの炭酸エステル類、アセトニ
トリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリルなどのニト
リル類、ピリジン、キノリンなどの含窒素複素環化合物
類、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、ジエチ
ルアミノアルコール、アニリンなどのアミン類などの
他、ニトロメタン、二硫化炭素、スルホラン、水、アン
モニア水などの溶剤を用いることができる。
【0078】これらの溶剤は、また、複数の種類のもの
を混合して用いても良い。
【0079】[基板]本発明の薄膜製造方法で用いられ
る基板の材質および形態については、以下の要件を満た
すものであれば、任意のものが用いられる。
【0080】(1)薄膜の設計仕様に適合した表面平滑
性および大きさのもの。
【0081】(2)液状の薄膜形成材料に侵されない材
質であること。
【0082】(3)基板上に堆積した薄膜形成材料の加
熱処理の際の温度に耐えること。
【0083】(4)薄膜の加圧成形を行う場合には、そ
の圧力に耐えること。
【0084】(5)本発明の薄膜製造方法で用いられる
高真空状態(約10-4Pa以下の圧力)において揮発す
る成分がないこと。
【0085】(6)基板表面の浄化処理に耐えること。
【0086】(7)基板表面の浄化処理の後、汚染成分
が基板内部から染み出ないこと。
【0087】基板の材質としては、例えば、光学ガラ
ス、石英ガラス、金属などを好適に使用することができ
る。
【0088】基板表面を、本発明の薄膜製造方法によっ
て、浮遊粉塵および/または汚染性ガスのない、清浄な
密閉容器内で表面を浄化処理する前処理として、公知の
方法によって洗浄しても良い。例えば、光学ガラスの場
合、重クロム酸の硫酸溶液で表面に付着した有機系汚染
物を酸化して除去し、次いで超純水にて洗浄し、最後に
エタノールにて洗浄し、エタノールを気化させて表面を
乾燥する。
【0089】[ガスバリア性材質]上記のような基板に
適した材質は、本発明において薄膜を密封処理する際の
ガスバリア性材質としても用いられる。例えば、2枚の
ガラスで薄膜を挟んで製造する場合、ガラスは基板でも
あり、ガスバリア材質としても作用している。
【0090】光学ガラス、石英ガラス、金属に準じたガ
スバリア性材質は、酸素分子や水蒸気などのガス透過性
の低い、有機高分子化合物である。例えば、エポキシ樹
脂を用いることができる。ただし、有機高分子化合物単
独ではガスバリア性が不足することもあるので、エポキ
シ系接着剤を金属箔などと組み合わせて用いると効果的
である。
【0091】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。
【0092】〔実施形態1〕本発明の薄膜製造装置の構
成は、例えば、図1ないし図4に例示することができ
る。図1の装置構成は、基板搬入のための入口ロードロ
ック室として用いられる真空容器1、基板浄化処理工程
を行うための真空容器2、真空噴霧工程を行うための真
空容器3、加熱処理工程を行うための真空容器4、加圧
成形工程を行うための真空容器5、薄膜の密封処理工程
を行うための真空容器6、および、薄膜搬出のための出
口ロードロック室として用いられる真空容器7を、気密
扉11を介して直線上に配置したものである。図1の装
置構成においては、基板搬入、基板表面の浄化処理、基
板への真空噴霧、基板上に堆積した薄膜形成材料の加熱
処理、薄膜の加圧成形、薄膜の密閉処理、および、薄膜
搬出の各行程を、各々独立して行うことが可能であり、
薄膜の大量生産に適した装置構成である。
【0093】図2や図3に例示するように、真空容器1
ないし7を、気密扉11を介して、搬送室200に枝状
の配置、あるいは、星状の配置で取り付けても良い。図
2または図3の装置配置においては、前記各行程の一
部、例えば加圧成形が不要な場合には、そのための真空
容器5を経由せずに、次行程へ基板を搬送することがで
きる。
【0094】図4に例示するように、1つの真空容器を
前記各行程のいくつかで兼用することもできる。こうす
ると装置構成をコンパクトにすることができる。図4に
例示する装置構成の場合、汎用真空容器8は、基板搬入
工程、基板表面浄化工程、薄膜の密封処理工程、およ
び、薄膜搬出工程のために用いられ、また、真空容器9
は基板上に堆積した薄膜形成材料の加熱処理工程および
薄膜の加圧成形工程のために用いられる。図4に例示す
る装置構成の場合、装置はもっぱら1枚の薄膜を製造す
るために用いられる。すなわち、薄膜の大量生産には適
さない。
【0095】真空容器1ないし9の形態については、排
気系への負担を軽減するため、装置構成部品を、真空系
の容積が最小になるように配置する形態のものが好まし
い。真空容器1ないし9の材質は高真空仕様のアルミニ
ウムまたはステンレスが好ましい。
【0096】真空容器1ないし9には、各々、真空排気
系を設ける。真空排気系の到達真空度および排気速度
は、各真空容器において行われる工程に応じて設定さ
れ、同時に最適な真空ポンプの種類も選定される。例え
ば、真空噴霧工程を行う真空容器3のための真空排気系
103は、到達真空度1×10-4Pa以下が好ましく、
更に真空噴霧の際に大きな負荷がかかるため、排気速度
に余裕があることが好ましい。真空ポンプの種類として
は、例えばターボ分子ポンプとスクロールポンプの組み
合わせが推奨される。例えば、加熱処理工程および加圧
成形工程を行う真空容器9のための真空排気系102
は、到達真空度1×10-6Pa程度が好ましいが、真空
排気系103ほどの高い排気速度は必要ない。基板表面
の浄化処理手段として、電子線照射を行う場合は、真空
容器8の真空排気系101は、到達真空度1×10-6
a以下が好ましい。なお、真空噴霧工程を行う真空容器
3と真空排気系103の間には、コールドトラップ10
4を設け、揮発性の溶媒を捕集するものとする。コール
ドトラップ104の冷却には、例えば液体窒素やヘリウ
ム冷凍機が用いられる。
【0097】真空容器1ないし9には、各々、圧力測定
装置(図示せず)を設ける。圧力測定装置については、
一般的には1×10-2Pa以下の圧力を正確に測定でき
るものであれば公知の任意のものを使用することができ
る。例えば具体的には、Bayard−Alpert型
などの電離真空計を使用できる。
【0098】基板上に堆積した薄膜形成材料の加熱処理
を行う真空容器4または9には、圧力測定装置の他に、
質量分析装置およびイオン化装置を設けると、加熱処理
によって、基板上に堆積した薄膜形成材料から放出され
る揮発性溶媒などの揮発成分の状況を調べることが可能
になる。イオン化装置(図示せず)は真空容器内に存在
する揮発成分をイオン化するものであり、公知の各種の
ものが使用可能である。具体的にはガス放電式、アーク
放電式、電子衝撃式などのイオン化装置を使用すること
ができる。質量分析装置(図示せず)はイオン化装置で
発生させたイオンの質量mをそのイオンの電荷eで除し
た数m/eに応じて質量を分離する部分(質量分離系)
と、m/eに応じて分離されたイオンの数を電気的に計
数する部分(検出・記録系)からなるものであれば、公
知の各種のものが使用できる。質量分離系は磁界および
/あるいは電界を制御してm/eに応じてイオンを分離
するものであり、パラボラ型、速度収束型、方向収束
型、二重収束型、および飛行時間型などの形式のいずれ
でも良い。検出・記録系としてはファラデー箱と高感度
直流増幅器の組み合わせ、二次電子増倍装置と高感度直
流増幅器の組み合わせなどの方式のものを使用すること
ができる。
【0099】本発明の薄膜製造方法は、浮遊粉塵および
/または汚染性ガスのない、清浄な密閉容器内で表面を
浄化処理した基板を大気中に取り出すことなく真空容器
内に置き、少なくとも1種類の液体状態の薄膜形成材料
を、前記薄膜形成材料の種類毎に設けた噴霧ノズルから
前記真空容器内に噴霧して前記基板上に堆積させ、加熱
処理することを特徴とするが、真空容器2または8を
「浮遊粉塵および/または汚染性ガスのない、清浄な密
閉容器」として使用するには、以下の(1)または
(2)のいずれかの方法で実施すれば良い。
【0100】(1)基板を搬入した後、真空容器2また
は8の内部を高真空状態にし、基板表面の浄化処理を高
真空状態で行う。
【0101】(2)基板を搬入した後、真空容器2また
は8の内部へ、高性能ガスフィルター(例えば、直径
0.05μmの微粒子を100%捕集するもの)を通過
させた窒素ガスを導入する。この際、真空容器2または
8の内部を、一旦、高真空状態にしてから窒素ガスを導
入すると、浮遊粉塵および汚染性ガスの除去を効率的に
行うことができる。窒素ガスを充填した真空容器2また
は8内部の浮遊粉塵の大きさおよび数については、例え
ば、レーザー光の散乱を利用したパーティクルカウンタ
ーを使用することで簡単に計測することができる。本発
明の薄膜製造方法を実施するに当たっては、1立方フィ
ート当たりに換算した直径0.1μm以上の浮遊粉塵数
が、100未満であることが好ましく、更に、10未満
であることが推奨される。
【0102】いわゆるクリーンルームやクリーンベンチ
の中に成膜装置を設置することによっても、以上のよう
な浮遊粉塵のない状態で成膜を行うことは可能である
が、汚染性ガスの除去を完璧に行うには、本発明の薄膜
製造方法のように、清浄な密閉容器を用いる必要があ
る。ここで、「汚染性ガス」とは、例えば、酸素分子、
水蒸気、亜硫酸ガス、窒素酸化物、樹木から放出される
エチレンガスやテルペン類、エタノール蒸気、アセトア
ルデヒド蒸気、酢酸蒸気、化粧品や日常雑貨に用いられ
ている香料などである。これらの汚染性ガスは、ガスク
ロマトグラフィ装置によって、簡単に分析することがで
きる。ただし、微量成分についてはエアサンプラーを用
いて、濃縮・捕集してから分析する必要がある。
【0103】浮遊粉塵および/または汚染性ガスのな
い、清浄な密閉容器内で基板の表面を浄化処理するため
の手段を以下に例示する。
【0104】[電子線照射法]高真空下、電子銃から発
生させた電子ビームをグリッドに印加した電圧で加速
し、基板表面に照射すると、基板表面に付着ないし吸着
した汚染物は、電子線のエネルギーを吸収して、場合に
よっては分解反応を伴って、気化・脱離する。この方法
は基板材質が導電性の場合、または、基板表面が導電性
材質で覆われるなどして導電性が付与されている場合に
適している。基板表面の浄化の状況は、電子線照射で発
生したイオンを質量分析装置で計測することで監視でき
る。
【0105】[イオンビーム照射法]高真空下、真空容
器内のイオン源へ導入した不活性ガス(例えばアルゴン
ガス)または反応性ガス(例えばフッ素化合物ガス)を
イオン化し、イオン銃のグリッドに電圧を印加して加速
し、イオンビームとして基板表面に照射すると、基板表
面に付着ないし吸着した汚染物は、加速されたイオンの
エネルギーを吸収し、多くの場合は分解反応を伴って、
気化・脱離する。電子線ビーム照射とイオンビーム照射
を併用することで、非導電性材質の基板を帯電させるこ
となく表面浄化処理することができる。
【0106】[プラズマまたは反応性イオンエッチング
法]半導体製造における基板表面微細加工技術として開
発された、いわゆるドライエッチングの手法を、基板表
面全体に適用し、基板表面の表層を、汚染物と一緒に、
一様の深さに均一にエッチングすることによって、清浄
な基板表面を得ることができる。例えば、真空容器内に
反応性ガスを導入しながら、高周波グロー放電によって
反応性イオン(プラズマ)および中性ラジカルを発生さ
せ、これらを陰極板上に置いた基板に作用させることに
よって、加速されたイオンの衝突による衝撃に加えて、
高反応活性の中性ラジカルとの反応を引き起こし、基板
表面に対して垂直方向(深さ方向)に異方性エッチング
を行うことができる(反応性イオンエッチング法)。こ
こで、イオン加速を行わず、中性ラジカルの引き起こす
反応のみを用いると、基板表面全体を等方的にエッチン
グすることができる(プラズマエッチング法)。なお、
永久磁石を取り付けた円盤を基板に対向した位置で回転
運動させることによって、プラズマを撹拌し、基板に対
する作用を均一化することができる。反応性ガスの具体
例としては、基板材質が金属または光学ガラスの場合、
基板材質との反応生成物が一般に揮発性ガスになること
から、フッ素化合物ガス(例えば、六フッ化イオウやヘ
キサフルオロエチレンなど)が用いられる。基板がポリ
イミドのような有機化合物の場合は反応性ガスとして酸
素ガスを用いることもできる。
【0107】[紫外線照射法]浮遊粉塵および/または
汚染性ガスのない、清浄な密閉容器内で基板の表面に紫
外線(波長200ないし300nmが好ましい)を照射
すると、基板表面に付着ないし吸着した有機系汚染物の
光イオン化および紫外線分解が促進される。この方法
と、以下に述べるオゾン処理法を併用すると効果的であ
る。
【0108】[オゾン処理法]酸素ガスに紫外線(波長
185nmが好ましい)を照射するとオゾンが発生し、
オゾンは基板表面に付着ないし吸着した有機系汚染物を
オゾン酸化分解し、揮発性の酸化生成物として脱離させ
る。オゾンの発生を効率的に行うためには、密閉容器内
に紫外線ランプ(出力5〜20W)を取り付け、密閉容
器内の酸素分圧を通常よりも高くすると良い。ただし、
純酸素雰囲気にする場合は、密閉容器内部に可燃性物質
からなるo−リング、オイル、およびグリースなどがな
いことを充分確認しないと、爆発性の過酸化物が形成さ
れる危険があるので注意が必要である。
【0109】本実施形態の場合は、真空容器8の内部に
中心波長185nm、出力5Wの紫外線ランプを2灯お
よび中心波長254nm、出力5Wの紫外線ランプ2灯
を、紫外線が基板表面に照射されるような配置で取り付
け基板浄化機構21として用い、基板搬入後、真空容器
8内部に、大気圧下、直径0.05μmの微粒子を10
0%捕集するガスフィルターを通過させた清浄な窒素ガ
スを満たして、内部に浮遊粉塵(直径0.1μm以上)
および汚染性ガスが検出されなくなるまで雰囲気を清浄
化してから直径0.05μmの微粒子を100%捕集す
るガスフィルターを通過させた酸素ガスを導入し、酸素
濃度を60%以上まで高めてから紫外線ランプを点灯
し、1時間に渡り、基板表面の紫外線照射処理およびオ
ゾン処理を行った。以上の浄化処理終了後、真空容器8
内部を排気し、10-4Pa以下の高真空状態にしてか
ら、気密扉11および12を順次開放し、高真空状態に
保たれた真空容器9を経由して、高真空状態に保たれた
真空噴霧行程のための真空容器9まで、基板搬送機構1
3を用いて、基板30を移送した。このように清浄な密
閉容器、すなわち真空容器8の内部で基板表面の浄化処
理を行った後、外気に曝すことなく、高真空状態に保っ
て真空噴霧工程まで基板を移送することによって、基板
への接着強度の高い、耐久性の高い薄膜を、清浄な基板
上に製造することが可能になる。なお、本実施形態では
基板として、30mm×30mm×厚さ150μmの硬
質ガラスを上記の操作で表面浄化処理して、使用した。
【0110】真空容器間を一時的に遮断する気密扉11
および12としては、基板および基板搬送機構13を通
過させる大きさの開口を確保できるような、通常のゲー
ト弁が好適に用いられる。
【0111】基板搬送機構13は気密扉11および12
の開閉を妨げない構造のものであって、磁気カップリン
グを利用して、真空容器外部から基板移送を行える構造
のものであれば、任意のものを用いることができる。た
だし、機械的作動部分から粉塵が発生しないような構造
であることが必要であることはいうまでもない。
【0112】基板搬送機構13を用いて基板30を移送
するに当たっては、必要に応じて基板30を基板保持板
36に密着させて取り付けると取扱いが容易になる。特
に基板が上記のようなガラスの場合、金属製の基板保持
板36に取り付けて、真空容器内を搬送することが好ま
しい。本実施形態では上記ガラス基板を、真空容器8へ
搬入したとき、まず基板保持板36へ密着させて取り付
け、その後、上記のオゾン処理による表面(薄膜を製造
するための面)の浄化処理を行った。
【0113】真空噴霧工程を行うための真空容器3に
は、コールドトラップ104を経由して真空排気系10
3が接続され、真空噴霧工程中、真空容器3内部は真空
状態に保たれる。基板搬送機構13によって真空容器3
の内部へ移送された基板30は基板加熱機構31を介し
て、基板回転・平行移動機構32に取り付けられる。基
板加熱機構31は高真空状態に置かれた基板30を、真
空噴霧工程中、後に詳細に説明するような所定の温度に
加熱するためのものであり、本発明の薄膜製造装置にお
いて重要な構成要素である。基板加熱機構31の方式と
しては、基板材質の特質および基板保持板36使用の有
無を勘案して、例えば、通電発熱体加熱方式、可視光線
および/または赤外線加熱方式、誘導電流加熱方式など
の中から選択することができる。ここで、基板加熱は高
真空中で行われるため、基板は真空断熱された状態にあ
る、という点に留意する必要がある。すなわち、高真空
中では、基板および/または基板保持板と加熱源との間
に隙間ないし空間が存在すると、気体による伝熱が一切
起こらないため、赤外線によってのみ熱が伝搬する。従
って、基板材質がガラスのように赤外線透過率の高い場
合や、アルミニウムのように赤外線反射率の高い場合に
は、隙間ないし空間を通した赤外線による加熱は非常に
効率が悪く、本願の請求項1に記載するような温度範囲
に基板温度を制御することに支障が生じうる。以下に示
すような方法を実施することによって、このような障害
を避けることができることを本発明者は見いだした。
【0114】(1)薄膜を製造する面とは反対側の基板
片面に除去可能な導電性発熱膜を設けた基板を用い、前
記導電性発熱膜に通電して加熱することによって基板温
度を請求項1に記載の温度範囲に制御し、薄膜を製造し
た後、前記導電性発熱膜を剥離、洗浄、またはエッチン
グなどの方法によって除去する。除去可能な導電性発熱
膜としては、例えば、アルミニウム、銅、ステンレスな
どの金属箔に粘着剤を塗った「金属箔粘着テープ」、金
や銀などの貴金属微粒子をバインダー樹脂および/また
は溶剤中に分散させた「金属ペースト」型の塗料を塗工
した塗膜、有機高分子フィルム製粘着テープに前記金属
ペースト塗料を塗工したテープなどを用いることができ
る。ただし、粘着剤、金属箔、バインダー樹脂などは、
基板加熱の温度に耐え、かつ、高真空下の加熱時に揮発
成分の放散が少ないものを使用する必要がある。基板の
片面に通電発熱体パターンを金属材料の真空蒸着で作成
することも可能である。
【0115】(2)薄膜を製造する面とは反対側の基板
片面に除去可能な可視光線および/または赤外線吸収膜
を設けた基板を用い、前記可視光線および/または赤外
線吸収膜へ吸収波長帯域の光を照射して加熱することに
よって基板温度を請求項1に記載の温度範囲に制御し、
薄膜を製造した後、前記可視光線および/または赤外線
吸収膜を剥離、洗浄、またはエッチングなどの方法によ
って除去する。除去可能な可視光線および/または赤外
線吸収膜としては、例えば、耐熱性樹脂フィルムを用い
た粘着テープに可視光線および/または赤外線吸収色素
としてカーボンブラックを含む塗装を行ったものを好適
に使用することができる。この場合も、基板加熱の温度
に耐え、かつ、高真空下の加熱時に揮発成分の放散が少
ないものを使用する必要がある。
【0116】(3)薄膜を製造する面とは反対側の基板
片面に除去可能な導電性磁性体膜を設けた基板を用い、
前記導電性磁性体膜に誘導コイルから電磁波を照射して
渦電流を発生させて加熱することによって基板温度を請
求項1に記載の温度範囲に制御し、薄膜を製造した後、
前記導電性磁性体膜を剥離、洗浄、またはエッチングな
どの方法によって除去する。除去可能な導電性磁性体膜
としては、例えば、耐熱性樹脂フィルムに磁性ステンレ
ス箔をラミネートしたもの、または、磁性ステンレス箔
に粘着剤を塗工した粘着テープを好適に使用することが
できる。
【0117】(4)基板を不揮発性の液体または流動体
を介して基板保持板36に密着させ、前記基板保持板を
通電発熱体加熱、可視光線および/または赤外線加熱、
または、誘導電流加熱することによって、基板温度を請
求項1に記載の温度範囲に制御し、薄膜を製造した後、
前記液体または流動体を洗浄などの方法によって除去す
る。基板と基板保持板の間に、伝熱のために介在させる
不揮発性の液体または流動体としては、揮発成分が少な
く、かつ、耐熱性のシリコーングリス、シリコーンオイ
ル、フッ素樹脂系グリスなどを、製造する薄膜を汚染し
ないよう、使用量に注意して用いる。また、製造した薄
膜を汚染しないためには、後で述べるような密封処理を
行ってから、これらのグリスまたはオイルを除去するこ
とが好ましい。
【0118】(5)基板をゴム状弾性体を介して基板保
持板に密着させ、前記基板保持板を通電発熱体加熱、可
視光線および/または赤外線加熱、または、誘導電流加
熱することによって、基板温度を請求項1に記載の温度
範囲に制御する。基板と基板保持板の間に、伝熱のため
に介在させるゴム状弾性体としては、揮発成分が少な
く、かつ、耐熱性のシリコーンゴム、フッ素樹脂変性シ
リコーンゴムなどを好適に用いることができる。ただ
し、基板保持板から基板への伝熱を効率良く行わせるた
め、これらのゴム状断熱体の厚さは、可能な限り薄くす
ることが好ましい。また、例えば、耐熱性のシリコーン
ゴムシート中に通電発熱体を埋め込んだものや、導電性
のカーボンブラックを練り込んで通電発熱性を付与した
ゴムシートを用いても良い。基板保持板を通電発熱体で
加熱する方法としては、他に、高真空仕様のシーズヒー
ターを、基板保持板に設けた挿入孔へ、高真空仕様の耐
熱グリスまたはオイルを伝熱剤として用いて挿入する方
式を用いることができる。また、基板保持板の裏面(基
板を取り付けた側の反対側)に可視光線および/または
赤外線吸収膜を塗装ないし接着して設け、そこへ、真空
容器内または外に設けた光源からの可視光線および/ま
たは赤外線を照射することで、加熱を行うことができ
る。また、基板保持板の材質として鉄、または、磁性の
あるステンレスなどを用い、基板保持板の近傍に電磁誘
導コイルを設けることによって、誘導電流加熱を行うこ
とができる。
【0119】以上に述べた基板加熱方法を実施するに当
たっては、使用する加熱手段や伝熱剤が、高真空下で汚
染性の揮発成分を発生しないことを、予備実験によって
確認することが推奨される。有機系材料を高真空下で加
熱したときに発生する揮発成分の試験方法は、例えば特
開平6−202179号公報に詳細に記載されている。
【0120】本実施形態では、以下、基板保持板36と
して厚さ100μm、幅36mm、長さ100mmのア
ルミニウム板を用い、このアルミニウム板の片面にカー
ボンブラックを含有したシリコーン樹脂系耐熱塗装を行
って赤外線吸収膜を設け、この膜の反対側の面に、半導
体冷却用伝熱グリスとして市販されているシリコーング
リスを用いて上記ガラス板を密着させて、薄膜の製造を
行った。
【0121】基板温度の調節には、温度センサー(図示
せず)および前記基板加熱機構31の加熱制御装置(図
示せず)が用いられる。温度センサーの測温部が、基板
に密着していることが大切である。
【0122】基板回転・平行移動機構32は真空噴霧装
置33の噴霧ノズル300(図5)と基板位置関係を、
真空噴霧工程中、真空容器3の外から、磁気カップリン
グなどの方法によって制御し、製造される薄膜の膜厚分
布等を調整するためのものである。製造される薄膜の膜
厚制御には、噴霧ノズル300と基板30の間に設けら
れるシャッター板(図示せず)を使用することもでき
る。
【0123】液体状態の薄膜形成材料は、噴霧液貯槽3
5に蓄えられ、送液ポンプ34によって加圧され、噴霧
装置33に設けられた噴霧ノズル300から真空中に噴
霧される。特開平7−252671号公報に詳細に開示
されているように、噴霧液貯槽35、送液ポンプ34、
噴霧装置33、および、噴霧ノズル300の組を複数系
統設けることによって、製造される薄膜の組成を高度に
制御することができる。ただし、本実施形態において
は、以下、噴霧液貯槽35、送液ポンプ34、噴霧装置
33、および、噴霧ノズル300を1組のみ使用する場
合について述べる。
【0124】特開平6−306181号公報に詳細に開
示してあるように、噴霧ノズル300の一例として、図
5に断面図を例示したように、高加工精度のニードルバ
ルブを利用することができる。すなわち、噴霧ノズル3
00には、ニードルバルブ303を設け、ノズル開閉機
構部301によってこのニードルバルブ303を動か
し、噴霧ノズル300からの薄膜形成材料溶液または分
散液の噴霧量を調整し、その閉塞を防止する。薄膜形成
材料の溶液または分散液は、送液ポンプ34によって加
圧され、噴霧液流路302を経由して噴霧ノズル300
に供給される。
【0125】送液ポンプ34としては、液体クロマトグ
ラフ用の高圧送液ポンプを好適に使用することができ
る。
【0126】以下、液体状態の薄膜形成材料として、蛍
光性有機色素のヨウ化3,3’−ジエチルオキサジカル
ボシアニン(以下DODCIと略記する)および熱可塑
性樹脂のポリメタクリル酸2−ヒドロキシプロピル(以
下、PHPMAと略記する)をアセトンに溶解した溶液
を用いた場合について、実施形態を説明する。なお、D
ODCIは米国エキシトン社製のものを使用した。この
色素はイオン性結晶であるため融点を示さず、窒素雰囲
気下、10度/分で昇温したとき約230℃で分解し、
また、10-5Paの高真空下150℃に加熱しても昇華
しなかった。また、PHPMAは米国サイエンティフィ
ック・ポリマー・プロダクツ社製のものを再沈殿法で精
製してから使用した。この樹脂単独のガラス転移温度は
73℃であった。薄膜形成材料溶液の組成はアセトン1
000ml中、DODCI: 24.32mg(5.00
×10-5mol)およびPHPMA: 5.03gに設定
した。この組成の色素/樹脂組成物の溶融開始温度は、
以下に述べるような方法で予め予備実験を行うことで、
測定することができる。
【0127】真空噴霧工程で基板上に堆積する熱可塑性
高分子化合物含有組成物の熱的挙動は、一般に、特開平
6−263885号公報に記載の方法で作成した共沈粉
末に類似していると推測されるが、この種の熱可塑性高
分子化合物含有組成物は、通常の示差熱分析では、エン
タルピー緩和に起因するベースライン変動の影響が大き
く、溶融開始温度の見極めが難しい。そこで、熱可塑性
高分子化合物を含有する組成物を含む薄膜形成材料の溶
融開始温度は、次のような試験方法で判定することがで
きる: 〔試験法(1)〕特開平6−263885号公報に記載
の方法で作成した熱可塑性高分子化合物含有組成物試料
の粉末について、60メッシュ程度の篩を通過するもの
数十mgを2枚のカバーガラスに挟み、2個の書類挟み
用クリップでカバーガラスの両端を挟み、固定する。こ
れを、大気圧下、試験温度(例えば150℃)に設定し
た送風式乾燥機(例えば、ヤマト科学製DK400型)
に手早く入れ、10分後に取り出し、粉末の溶融ないし
変形の状態を観察する。最初の試験で粉末が完全に溶融
してしまった場合は、設定温度を例えば20度低くし
て、試験をやり直す。そこで、粉末の一部が溶融してい
た場合は、更に20度、設定温度を下げる。外見に変化
が見えない場合は、乾燥機の設定温度を、例えば、5度
ずつ高くしながら測定を繰り返し、粉末の一部分が溶融
し始める温度を調べ、その温度を実質的な「溶融開始温
度」と見なす。この方法で、溶融開始温度が250℃程
度のものまで試験することができる。
【0128】〔試験法(2)〕日本薬局法の融点測定法
に準じて、一端を封じたガラスキャピラリー管に、試料
樹脂の粉末の60メッシュ篩を通過するもの数mgを詰
め、加熱浴を用いて一定速度(例えば、1度/分)で温
度を上昇させ、溶融状況をルーペで拡大して肉眼で観察
する。通常、粉末の外観が湿ったようになり、次いで体
積が減少し、部分的に透明になり、最後に全体が融解す
る。ここで、部分的に透明になり始める温度を実質的な
「溶融開始温度」と見なす。なお、ガラスキャピラリー
管の替わりに、2枚のカバーガラスに粉末を挟んで昇温
し、顕微鏡で観察する方式の装置を用いても良い。ただ
し、大気中で試験すると酸素の影響などで熱分解を起こ
しやすい試料の場合は、試料粉末の作成から、上記のガ
ラスキャピラリー管への充填までを不活性気体で置換し
たグローブボックスの中で行い、ガラスキャピラリー管
の上端をエポキシ樹脂などで封印してから大気中に取り
出し、後は、通常と同様に試験すると良い。なお、色素
/樹脂系などで、色の濃いものには、粉末の状態を観察
しやすいため、試験法(1)の方が適している。
【0129】上記の組成の色素/樹脂組成物の溶融開始
温度を、試験法(1)で判定したところ、140℃であ
った。一方、この組成物構成成分の内、最も分解開始温
度が低いものは色素DODCI(前記測定条件で230
℃)である。そこで、本実施形態の薄膜製造では、基板
加熱温度を150℃から180℃の範囲で制御すること
とした。
【0130】基板保持板36に取り付けた後、先に述べ
た手順によって、清浄な密閉容器内で浄化処理した基板
30(30mm×30mm×厚さ150μm)を高真空
状態のまま、真空噴霧工程用の真空容器3の赤外線加熱
方式の基板加熱機構31へ取り付け、基板温度を150
℃から180℃の範囲に温度調節しながら、10-4Pa
の真空下、基板へ向けて噴霧ノズル300から上記の薄
膜形成材料溶液を真空噴霧し、基板上へ薄膜形成材料
(DODCIおよびPHPMAの混合物;PHPMAの
比重を1.06としたときのDODCI濃度0.01m
ol/l)を堆積させた。なお、真空噴霧の間、噴霧ノ
ズル300の周辺をマイクロヒーター(図示せず)で4
0℃前後に加熱し、アセトンの気化熱を補給し、噴霧ノ
ズル内部でアセトンが凍結することを防いだ。
【0131】本実施形態の場合、真空噴霧終了後も、基
板30を真空容器3の内部に留め、基板保持板36を介
しての赤外線加熱を続け、基板上の堆積物からの揮発成
分の放散が観察されなくなるまで、上記温度範囲(15
0℃から180℃)において、10-4Pa以下の高真空
下、加熱処理工程を実施した。この間、上記堆積物から
揮発する成分を、イオン化装置(図示せず)および質量
分析装置(図示せず)で分析し、加熱処理工程の進捗を
監視した。加熱処理工程の初期において、真空噴霧工程
で用いた溶媒(この場合はアセトン)に帰属されるイオ
ン種が、少量検出された。
【0132】この後、加圧成形工程なしに、10-4Pa
以下の高真空下、基板温度を前記温度範囲に制御しなが
ら30分間、加熱を続けた後、高真空下、室温まで冷却
してから、大気中に取り出し、実施形態1の薄膜を製造
した。なお、成膜条件決定のための予備成膜実験を予め
実施し、その結果を元にして、加熱処理後の薄膜の膜厚
が2μmになるよう、真空噴霧の速度および真空噴霧時
間を調節した。このようにして、実施形態1の薄膜を1
0枚作成した。
【0133】これらの薄膜について、基板と薄膜の接着
強度を調べるため、粘着テープ(セロハンテープ)を用
いた剥離試験を実施した。なお、この試験を実施する
際、基板は各々、基板保持板36に伝熱グリスで密着し
た状態のまま行った。これは、本実施形態の薄膜は密封
処理されていないため、裏面のグリスを洗浄する際、薄
膜が汚染され、接着強度試験が正しく行えなくなる恐れ
があるためである。
【0134】基板上の薄膜に刃を折って更新するタイプ
のカッターの刃を用いて、1mm間隔で10本、切れ込
みを入れ、次いで、この切れ込みに直交する方向に同じ
く1mm間隔で10本、切れ込みを入れ、切れ込みに囲
まれた1mm角の薄膜細片を100個、基板上に作成し
た。なお、カッターの刃は、切れ込みを1本引く毎に、
刃を折って更新した。この100個の薄膜細片をすべて
覆うように、幅18mmの粘着テープを貼り付け、一気
に剥がし、粘着テープに付着して基板から剥がれた細片
の数を計測する試験を、上記10枚の薄膜について行っ
た。その結果、細片の剥離は全く認められなかった。す
なわち、本実施形態の方法によって、非常に接着強度の
高い薄膜を製造することができた。
【0135】〔参考例〕 真空噴霧工程における基板温度を40℃に制御した点を
除いては実施形態1と全く同様にして、基板加熱工程を
150℃から180℃の温度範囲で30分間行い、加圧
成形処理なしで、実施形態2の薄膜を10枚製造し、実
施形態1と同様にして剥離試験を実施した。その結果、
剥離した細片の数は基板1枚当たり平均1.2個であっ
た。実施形態1の場合には若干劣るものの、充分な接着
強度の薄膜が製造することができた。
【0136】〔比較例1〕 重クロム酸の硫酸溶液で表面に付着した有機系汚染物を
酸化して除去し、次いで超純水にて洗浄し、最後にエタ
ノールにて洗浄し、エタノールを気化させて表面を乾燥
する処理のみを行った基板を用い、オゾン処理工程を行
わない点以外は参考例と同様にして、比較例1の薄膜を
10枚作成し、実施形態1の場合と同様にして剥離試験
を実施した。その結果、剥離した細片の数は基板1枚当
たり平均83個に達した。すなわち、剥離しない部分の
面積の方が小さかった。このような差異が生じた原因は
オゾン処理工程の有無であることは明らかである。清浄
な密閉容器の中で、基板表面の浄化処理を行わないと、
基板表面に何らかの汚染物質が残留し、薄膜との接着強
度を低下させると推測される。
【0137】〔比較例2〕実施形態1と同様にしてオゾ
ン処理によって表面を浄化した基板を、装置外に取り出
し、クリーンベンチ(直径0.3μm以上の浮遊粉塵
数、1立方フィート中に100個未満)の中に1夜放置
した。この基板を用いた点以外は実施形態1と同様にし
て、比較例2の薄膜を10枚作成し、実施形態1の場合
と同様にして剥離試験を実施した。その結果、剥離した
細片の数は基板1枚当たり平均2.6個に達し、明らか
に、実施形態1の場合よりも、剥離しやすくなったこと
が判った。これは、浄化処理を行った基板表面は、吸着
物質への活性が高まるため、クリーンベンチ内に放置し
ただけでも、汚染性ガスが吸着してしまい、その結果、
薄膜の接着強度が低下するものと推測される。
【0138】〔実施形態3〕実施形態1の場合と同様に
して、薄膜形成材料(DODCIとPHPMAの混合
物)が堆積した基板30を真空容器3内部に置いたま
ま、150℃から180℃の温度範囲で、赤外線加熱に
よる加熱処理を、揮発成分の発生が止まるまで続けた。
次いで、上記薄膜形成材料が堆積した基板30を真空状
態を保ったまま、加圧成形工程のための真空容器9へ移
送した。
【0139】真空容器9の内部には通電発熱体内蔵アン
ビル51および52、および加圧機構53および54が
設けられている。通電発熱体内蔵アンビル51および5
2は、例えば表面にニッケルメッキを施した鋼鉄製アン
ビルに、真空系内加熱仕様のシーズヒーターを埋め込ん
だもので、温度センサー(図示せず)および温度調節器
付き加熱電源(図示せず)によって、例えば250℃程
度まで、温度調節可能なものである。また、加圧機構5
3および54は、例えば、複数の連動した微動ネジ(図
示せず)を真空容器外部から磁気カップリングで回転さ
せることによって、アンビル51および52の間に置い
た薄膜形成材料の堆積物を加圧成形するための機構であ
る。
【0140】上記薄膜形成材料が堆積した基板30を通
電発熱体内蔵アンビル52に取り付けた後、第2の基板
50を真空容器8内に置いて、基板30の場合と同様に
して、オゾン処理による表面浄化処理を行った。この基
板50を、高真空下、真空容器9内の通電発熱体内蔵ア
ンビル51に取り付けた。基板50の取り付け位置は、
アンビル52の方に取り付けてある基板30に、完全に
相対するよう調節した。
【0141】次いで、10-4Pa以下の高真空下、基板
30と50が密着するよう、加圧機構53および54を
稼働し、同時に内蔵の通電発熱体によって、アンビル温
度を上記温度範囲(150℃から180℃)に制御し
た。基板30上の薄膜形成材料堆積物の溶融および流動
の進行に合わせて、加圧機構53および54を微調整
し、基板30と50が一層密着するようにして、膜形成
材料の堆積物を加圧成形した。アンビル温度を上記温度
範囲で30分間保った後、室温まで冷却し、基板30と
50に挟まれた形態で製造された薄膜を、真空容器8へ
搬送し、清浄な窒素ガスを導入することによって、真空
容器8内を大気圧に戻した。
【0142】ここで、真空容器8に取り付けた密封処理
機構22を稼働し、基板30と50に挟まれた薄膜の周
辺(端面)に、例えばエポキシ樹脂を封入し、薄膜の密
封処理を実施した。密封処理機構22の具体例として
は、例えば、真空時は閉じておくゲート弁を介して取り
付けられたゴム製手袋を用いて、グローブボックス方式
で、手で処理する方法がある。密封処理機構22の別の
具体例としては、例えば、外部から操作するマニュピュ
レーターを用いてエポキシ樹脂注入シリンジを操作して
も良い。この場合は、高真空状態下で、密封処理工程を
行うことも可能であり、密封処理の効果を一層高めるこ
とができる。
【0143】なお、本実施形態では、真空噴霧工程にお
ける真空噴霧速度および噴霧時間を調節して、基板30
と50に挟まれて製造された薄膜の膜厚が10μmにな
るよう制御した。
【0144】密封処理を終えた薄膜を装置外に取り出
し、基板保持板から剥がし、付着しているグリスを、溶
剤を含ませたワイパーを用いてぬぐい取った。
【0145】このようにして製造した実施形態2の薄膜
(2枚の光学ガラスおよびエポキシ樹脂によって密封さ
れた形態である)を、室温下、暗所に2年間放置した。
半年毎に、この薄膜の吸収スペクトルを計測したが、2
年間に渡り、変化は認められなかった。
【0146】〔比較例3〕 実施形態と同様にして、基板30と50に挟まれた形
態の薄膜を製造し、実施形態の場合とは異なり、エポ
キシ樹脂による端面の密閉処理を行わないで大気中に取
り出した。すなわち、比較例3の薄膜は、2枚の光学ガ
ラスに挟まれてはいるものの、端面は大気に接触してい
る。これを室温下、暗所に2年間放置したところ、1年
経過した時点で、大気に接触している端面部分から、色
素の脱色が始まったことが目視で認められ、1年半後に
は、吸収スペクトルにおいても色素の脱色が確認され
た。DODCIは酸素および水の存在下で分解するが、
密封処理を行わないと、大気に接している端面から、酸
素および水が侵入し、色素の分解が起こることが判る。
なお、実施形態1で製造した薄膜(薄膜の片面は完全に
大気に接している)は、室温下、暗所に放置すると、数
ヶ月で色素の脱色が始まり、2年後には、色素の残存は
わずかとなってしまった。
【0147】〔比較例4〕 実施形態と同様にして、基板30と50に挟まれた形
態の薄膜を製造し、実施形態の場合とは異なり、エポ
キシ樹脂による端面の密閉処理を行わないで大気中に取
り出した。ここまでは比較例3と同じであるが、この
後、大気下でエポキシ樹脂による端面の密閉処理を行っ
た。このようにして製造した比較例4の薄膜を、室温
下、暗所に2年間放置したところ、1年半経過した時点
で、短時間ではあるが大気に接触した端面部分から、わ
ずかではあるが色素の脱色が始まったことが目視で認め
られた。密封処理の効果を高めるためには、実施形態2
に記載したように、不活性ガスの存在下で実施する必要
があることが判る。
【0148】〔実施形態4〕常法に従い、テトラエトキ
シシラン、エタノール、水、および、酸触媒として酸性
イオン交換樹脂顆粒を少量加えて、ゾル溶液を調整し、
室温で24時間撹拌して、加水分解および縮重合反応を
進行させ、最後にイオン交換樹脂顆粒を除去して、更に
スチリル系蛍光増白剤を溶かし込んで真空噴霧液を作成
した。この液を通常の方法で基板に塗工した場合は、1
00℃に加熱することで、ゾルゲル法による透明な薄膜
を得ることができる。そこで、真空噴霧工程および加熱
工程の基板温度を100℃に制御して、真空噴霧法によ
る成膜を行った。真空噴霧後の加熱処理は基板からの揮
発成分が観察されなくなるまで行った。基板については
実施形態1の場合と同様に、30mm×30mm×厚さ
150μmのガラス板を基板保持板にグリスを用いて密
着させて取扱い、また、基板表面の浄化処理を、実施形
態1の場合と同様に、オゾン処理法にて行った。実施形
態1の場合と同様にして、真空噴霧工程および加熱処理
工程における基板の加熱は、基板保持板への赤外線照射
によって行った。薄膜の膜厚は0.2μmになるよう、
噴霧速度および噴霧時間を調節した。このようにして実
施形態4の薄膜を10枚製造し、実施形態1の場合と同
様にして剥離試験を実施した。その結果、細片の剥離は
全く認められなかった。なお、細片の剥離の有無は、添
加した蛍光増白剤が発光するよう紫外線を照射しなが
ら、暗所で観察して確認した。
【0149】〔比較例5〕オゾン処理による基板表面の
浄化処理を行わなかった点を除いては実施形態4と全く
同様にして、比較例5の薄膜を10枚製造した。剥離試
験を実施したところ、剥離した細片の数は基板1枚当た
り平均27個に達した。
【0150】〔実施形態5〕特開平8−95101号公
報に開示されているメロシアニン型色素構造を高分子鎖
中に含んだポリアミック酸のN,N−ジメチルホルムア
ミド溶液を真空噴霧法で成膜した。このポリアミック酸
は、通常の塗工方法の場合、100℃で1時間、次いで
250℃で1時間、加熱処理することで、ポリイミド膜
を形成することができる。また、300℃まで加熱して
も分解は認められない。そこで、真空成膜工程の基板温
度を150℃から180℃の温度範囲、次いで、加熱処
理工程の基板温度を250℃から260℃の温度範囲に
制御して真空噴霧法による成膜を行い、実施形態5の薄
膜を製造した。真空噴霧後の加熱処理は基板からの揮発
成分が観察されなくなるまで行った。基板については実
施形態1の場合と同様に、30mm×30mm×厚さ1
50μmのガラス板を基板保持板にグリスを用いて密着
させて取扱い、また、基板表面の浄化処理を、実施形態
1の場合と同様に、オゾン処理法にて行った。実施形態
1の場合と同様にして、真空噴霧工程および加熱処理工
程における基板の加熱は、基板保持板への赤外線照射に
よって行った。薄膜の膜厚は1.5μmになるよう、噴
霧速度および噴霧時間を調節した。このようにして実施
形態4の薄膜を10枚製造し、実施形態1の場合と同様
にして剥離試験を実施した。その結果、細片の剥離は全
く認められなかった。
【0151】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
薄膜製造方法および薄膜製造装置によれば、薄膜への汚
染物質の影響をなくすことができ、基板への密着力が高
く、かつ、耐久性の高い高機能性薄膜を、効率良く製造
することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の薄膜製造装置の概略構成を例示した
構成図である。
【図2】 本発明の薄膜製造装置の概略構成を例示した
構成図である。
【図3】 本発明の薄膜製造装置の概略構成を例示した
構成図である。
【図4】 本発明の薄膜製造装置の概略構成を例示した
構成図である。
【図5】 本発明で用いられる噴霧ノズルおよびノズル
開閉機構を例示した構成断面図である。
【符号の説明】
1 基板搬入のための入口ロードロック室として用いら
れる真空容器、2 基板浄化処理工程を行うための真空
容器、3 真空噴霧工程を行うための真空容器、4 加
熱処理工程を行うための真空容器、5 加圧成形工程を
行うための真空容器、6 薄膜の密封処理工程を行うた
めの真空容器、7 薄膜搬出のための出口ロードロック
室として用いられる真空容器、8 汎用真空容器、9
加熱処理工程および加圧成形工程のための真空容器、1
0 基板導入・搬出口、11 気密扉、12 気密扉、
13 基板搬送機構、21 基板浄化機構、22 密封
処理機構、30 基板、31 基板加熱機構、32 基
板回転・平行移動機構、33 噴霧装置、34 送液ポ
ンプ、35 噴霧液貯槽、36 基板保持板、50第2
の基板、51 通電発熱体内蔵アンビル、52 通電発
熱体内蔵アンビル、53 加圧機構、54 加圧機構、
101 真空排気系、102 真空排気系、103 真
空排気系、104 コールドトラップ、200 搬送
室、300噴霧ノズル、301 ノズル開閉機構部、3
02 噴霧液流路、303 ニードルバルブ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (74)上記3名の代理人 100075258 弁理士 吉田 研二 (外2名) (72)発明者 平賀 隆 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業 技術院 電子技術総合研究所内 (72)発明者 守谷 哲郎 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業 技術院 電子技術総合研究所内 (72)発明者 田中 教雄 東京都足立区堀之内1丁目9番4号 大 日精化工業株式会社 東京製造事業所内 (72)発明者 柳本 宏光 東京都足立区堀之内1丁目9番4号 大 日精化工業株式会社 東京製造事業所内 審査官 深澤 幹朗 (56)参考文献 特開 平6−306181(JP,A) 特開 昭63−169372(JP,A) 特公 平6−94590(JP,B2) 特許2599569(JP,B2) 特許2558273(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B05B 12/10 B01J 19/00 B05D 1/02 C08J 5/18 C23C 4/12

Claims (19)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1種類の液体状態の薄膜形成
    材料を、前記薄膜形成材料の種類毎に設けた噴霧ノズル
    から真空容器内に噴霧して基板上に堆積させる噴霧工程
    および加熱処理する加熱処理工程からなり、前記噴霧工
    程に先立ち、前記真空容器内を浄化する工程を有するこ
    とを特徴とする薄膜製造方法であって、 更に、前記薄膜形成材料の成分組成に応じて下記の
    (1)ないし(3)の群の中から選択される温度の内、
    最も低い温度を超える温度を下限とし、前記薄膜形成材
    料構成成分中、最も低い温度で熱分解する成分の熱分解
    開始温度を超えない温度を上限とする温度範囲に、前記
    噴霧工程における基板温度が制御され 更に、前記基板には、薄膜を製造する面とは反対側の面
    に除去可能な発熱膜を設けられ、前記発熱膜を用いて加
    熱することによって基板温度を制御する ことを特徴とす
    る薄膜製造方法。 (1)前記薄膜形成材料が、熱可塑性高分子化合物を含
    有する組成物を含む場合、前記熱可塑性高分子化合物を
    含有する組成物の溶融開始温度 (2)前記薄膜形成材料が有機および無機の少なくとも
    一方の高分子化合物前駆体を含有する場合、該高分子化
    反応の開始温度 (3)前記薄膜形成材料が有機および無機の少なくとも
    一方の架橋剤または架橋性化合物を含有する場合、該架
    橋反応の開始温度
  2. 【請求項2】 請求項1記載の薄膜形成方法において、 噴霧工程に先立ち、真空容器内、または、真空容器に気
    密扉を介して接続され浮遊粉塵および汚染性ガスの少な
    くとも一方のない清浄な密閉容器内で、基板の表面を浄
    化処理した後、浮遊粉塵および汚染性ガスの少なくとも
    一方に基板表面を曝すことなく噴霧工程を行うことを特
    徴とする薄膜製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2記載の薄膜製造
    方法において、 薄膜を製造する面とは反対側の面に除去可能な導電性発
    熱膜を設けた基板を用い、前記導電性発熱膜に通電して
    加熱することによって基板温度を制御することを特徴と
    する薄膜製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1または請求項2記載の薄膜製造
    方法において、 薄膜を製造する面とは反対側の面に除去可能な可視光線
    吸収膜および赤外線吸収膜の少なくとも一方を設けた基
    板を用い、前記可視光線吸収膜および赤外線吸収膜の少
    なくとも一方へ吸収波長帯域の光を照射して加熱するこ
    とによって基板温度を制御することを特徴とする薄膜製
    造方法。
  5. 【請求項5】 請求項1または請求項2記載の薄膜製造
    方法において、 薄膜を製造する面とは反対側の面に除去可能な導電性磁
    性体からなる発熱膜を設けた基板を用い、前記導電性磁
    性体からなる発熱膜に誘導コイルから電磁波を照射して
    渦電流を発生させて加熱することによって基板温度を制
    御することを特徴とする薄膜製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1または請求項2記載の薄膜製造
    方法において、 基板を不揮発性の液体または流動体を介して発熱源を兼
    ねた基板保持板に密着させ、前記発熱源を兼ねた基板保
    持板を通電発熱体加熱、可視光線加熱および赤外線加熱
    の少なくとも一方、または、誘導電流加熱することによ
    って、基板温度を制御することを特徴とする薄膜製造方
    法。
  7. 【請求項7】 請求項1または請求項2記載の薄膜製造
    方法において、 基板をゴム状弾性体を介して発熱源を兼ねた基板保持板
    に密着させ、前記発熱源を兼ねた基板保持板を通電発熱
    体加熱、可視光線加熱および赤外線加熱の少なくとも一
    方、または、誘導電流加熱することによって、基板温度
    を制御することを特徴とする薄膜製造方法。
  8. 【請求項8】 請求項1ないし7のいずれか記載の薄膜
    製造方法において、 加熱処理の後に加圧成形することを特徴とする薄膜製造
    方法。
  9. 【請求項9】 請求項8記載の薄膜製造方法において、 加圧成形する際の基板温度が制御されていることを特徴
    とする薄膜製造方法。
  10. 【請求項10】 請求項1ないし9のいずれか記載の薄
    膜製造方法において、 製造された薄膜を大気中に取り出すことなく、真空容器
    内、または、真空容器に気密扉を介して接続され浮遊粉
    塵および汚染性ガスの少なくとも一方のない清浄な密閉
    容器内で密封処理することを特徴とする薄膜製造方法。
  11. 【請求項11】 真空容器と、 前記真空容器内を浄化する浄化手段と、 浄化された真空容器内に設けられ薄膜形成材料をその種
    類毎に噴霧する少なくとも1つの噴霧手段と、 前記薄膜形成材料が堆積され、薄膜を製造する面とは反
    対側の面に除去可能な発熱膜が設けられた基板と、 前記基板温度を測定する測定手段と、 前記基板の温度を所定の温度範囲に加熱する加熱手段
    と、 前記加熱手段を制御する制御手段と、 前記真空容器内を真空排気する排気手段と、 を有し、 前記所定の温度範囲は、前記薄膜形成材料の成分組成に
    応じて下記の(1)ないし(3)の群の中から選択され
    る温度の内、最も低い温度を超える温度を下限とし、前
    記薄膜形成材料構成成分中、最も低い温度で熱分解する
    成分の熱分解開始温度を超えない温度を上限とする温度
    範囲であることを特徴とする薄膜製造装置。 (1)前記薄膜形成材料が、熱可塑性高分子化合物を含
    有する組成物を含む場合、前記熱可塑性高分子化合物を
    含有する組成物の溶融開始温度 (2)前記薄膜形成材料が有機および無機の少なくとも
    一方の高分子化合物前駆体を含有する場合、該高分子化
    反応の開始温度 (3)前記薄膜形成材料が有機および無機の少なくとも
    一方の架橋剤または架橋性化合物を含有する場合、該架
    橋反応の開始温度
  12. 【請求項12】 請求項11記載の薄膜製造装置におい
    て、 前記真空容器内、または、前記真空容器に気密扉を介し
    て接続され浮遊粉塵および汚染性ガスの少なくとも一方
    のない清浄な密閉容器内に、前記基板の表面を噴霧工程
    に先立って浄化処理するための浄化処理手段を設けたこ
    とを特徴とする薄膜製造装置。
  13. 【請求項13】 請求項12記載の薄膜製造装置におい
    て、 前記真空容器は、少なくとも2基以上の真空容器からな
    り、互いに気密扉を備えた搬送室を介して連結され、 前記真空容器の中の1基は、基板前処理室として使用さ
    れ、前記基板の表面を浄化処理する浄化処理手段と、前
    記基板を該真空容器内および次工程の真空容器へ移送す
    るための移送手段と、該真空容器内を真空排気する排気
    手段と、を有し、 更に、真空容器の中の他の1基は、真空噴霧室として使
    用され、前記薄膜形成材料をその種類毎に噴霧する少な
    くとも1つ以上の噴霧手段と、前記薄膜形成材料を堆積
    させる基板と、前記基板温度を測定する測定手段と、前
    記基板の温度を請求項1記載の温度範囲に加熱する加熱
    手段と、前記加熱手段を制御する制御手段と、前記基板
    を該真空容器内および次工程の真空容器へ移送するため
    の移送手段と、該真空容器内を真空排気する排気手段
    と、を有することを特徴とする薄膜製造装置。
  14. 【請求項14】 請求項11ないし13のいずれか記載
    の薄膜製造装置において、 前記真空容器内に、前記基板上の堆積物を加圧成形する
    ための加圧成形手段を設けたことを特徴とする薄膜製造
    装置。
  15. 【請求項15】 請求項11ないし14のいずれか記載
    の薄膜製造装置において、 製造された薄膜を、前記真空容器および前記いずれかの
    真空容器に気密扉を介して接続された密閉容器の少なく
    とも一方内に、浮遊粉塵および汚染性ガスの少なくとも
    一方のない清浄な状態で密封処理する密封処理手段を設
    けたことを特徴とする薄膜製造装置。
  16. 【請求項16】 請求項11ないし15のいずれか記載
    の薄膜製造装置において、 基板を密着させて保持する保持手段および基板加熱手段
    を設けた基板保持板を備えていることを特徴とする薄膜
    製造装置。
  17. 【請求項17】 請求項11ないし16のいずれか記載
    の薄膜製造装置において、 基板加熱手段として、通電発熱体加熱方式の加熱手段を
    設けていることを特徴とする薄膜製造装置。
  18. 【請求項18】 請求項11ないし16のいずれか記載
    の薄膜製造装置において、 基板加熱手段として、赤外線加熱方式の加熱手段を設け
    ていることを特徴とする薄膜製造装置。
  19. 【請求項19】 請求項11ないし16のいずれか記載
    の薄膜製造装置において、 基板加熱手段として、誘導電流加熱方式の加熱手段を設
    けていることを特徴とする薄膜製造装置。
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