JP4251080B2 - 膜形成方法、電子装置の製造方法、膜形成装置及び電子装置、電子機器 - Google Patents
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Description
子イオンに対して前記電極の所定電極電位を選択的に異なる電位に設定して、前記機能材料の擬分子イオンを前記基板上に選択的に付着させる第3のステップとを備えた。
回路を含んでいてもよい。
これによれば、前記分別部にて分別された前記イオン化された材料のビーム面内イオン密度を均一化し、ビーム照射面積を拡大することができる。
の質量分別部を備えていてもよい。
これによれば、質量分別装置のイオン収束性能とイオン分別性能を分けて制御することができるので、より高度な質量分別とイオンビーム制御が可能となる。
これによれば、基板上に形成される薄膜の膜厚を容易に監視しながら制御することができる。
これによれば、薄膜を形成するときに基板上への塵埃(パーティクル)の付着を防止することができる。
これによれば、前記イオン化部と、前記分別部と、前記成膜部とを独立して減圧することができる。
これによれば、上記電子装置の製造方法を用いて、例えば、大型で高品位な表示ディスプレイを製造することができる。
これによれば、上記デバイス製造装置を使って製造されたデバイスを用いて、例えば、大型で高品位な表示を可能とする薄型テレビやディスプレイ付き携帯機器を実現することができる。
これによれば、上記膜形成装置を使って製造された電子装置を用いて、膜厚や形状を高精度に制御でき高品位な膜質の薄膜を高い生産効率で形成することができる。
以下、本発明を具体化した第1実施形態を図1〜図8に従って説明する。尚、本実施形態における有機薄膜形成装置は、フルカラー表示可能な有機ELディスプレイの画素を構成する有機薄膜を形成するための薄膜形成装置である。つまり、本実施形態における有機薄膜形成装置を使用して製造される有機ELディスプレイは、その一つの画素が赤色(R色)、緑色(G色)及び青色(B色)用の画素を備えた有機ELディスプレイである。
13、イオン分別部14、偏向部15及び成膜部16を備えている。
図2において、有機薄膜形成装置10は、溶質タンク21及び溶媒タンク22を備えている。溶質タンク21は、マザー基板S上に形成される画素を構成する発光層、電子輸送層、電子注入層、正孔輸送層または正孔注入層といった各種薄膜を形成するための有機材料Jを貯留するタンクである。また、溶質タンク21には、前記有機材料Jが高濃度に溶液化された状態で貯留されている。前記有機材料Jは、発光層を構成する可溶性π共役系高分子系の有機材料としては、例えば、ポリチオフェン(PAT)系、ポリパラフェニレン(PPP)、(ポリ)パラフェニレンビニレン(PPV)、ポリフェニレン系、ポリフルオレン(PF)系、ポリビニルカルバゾール系の誘導体がある。また、低分子系の有機材料としては、例えば、ベンゼン誘導体に可溶なルブレン、ベニレン、9,10−ジフェニルアントラセン、テトラフェニルブタジエン、ナイルレッド、クマリン6、キナクリドン等の化合物やデンドリマー系化合物がある。また、正孔注入/輸送層を構成する有機材料としては、例えば、PEDOT+PSS系、ポニアニリン+PSS系、フタロシアニン系金属錯体がある。
ゼン、メチルエチルケトン、ジオキサン、/水、メタノールやエタノール等のアルコール類、ヘキサフルオロ−2−プロパノール等のフッ素化アルコール類、アセトン、N−メチルビロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスフルフォキシド等があり、溶質(有機材料J)との適合性をみながら最適なものが選択される。溶媒タンク22に貯留される溶媒Uは、溶質タンク21の溶液に使われている溶媒と同じ種類のものでなくともよい。
定流ポンプ23には、キャピラリNZ1が接続されている。前記キャピラリNZ1には、同キャピラリNZ1と同軸上にあって、その外周にガスガイド管NZ2が設けられている。キャピラリNZ1の先端部Azは、必要に応じてヒータが取り付けられ、加熱できるようにしてもよい。前記ガスガイド管NZ2は、キャリアガスポンプ24に接続されている。キャリアガスポンプ24は、ガスボンベGBに接続されている。前記ガスボンベGBには、高純度のヘリウムガス(He)、窒素(N2)またはアルゴン(Ar)といった不活性ガスや二酸化炭素(CO2)が充填されている。コスト面から窒素(N2)や二酸化炭素(CO2)を使用することが好ましい。そして、前記キャピラリNZ1とガスガイド管NZ2から構成される噴霧ノズルは、チャンバーVcのイオン化室C1に挿入されている。尚、前記イオン化室C1には第1の真空ポンプP1が接続されている。そして、前記第1の真空ポンプP1が作動することで前記イオン化室C1内を独立して減圧させることができる。
υ=(2eZE/m)1/2
で表すことができる。この式によりイオン質量mが大きく異なり、且つ、イオン電荷数Zが異なれば、イオンの飛行速度に大きな差ができるので、特定のイオンを分離しやすいことが分かる。
3bは、図3(a)に示すように、互いに向かい合った2組の円柱状の電極An,An+1,Bn,Bn+1(nは自然数)を平行に精度良く取り付けられている。各々の組の電極An,An+1,Bn,Bn+1には逆極性の直流電圧と交流電圧とが重畳されて印加されている。また、各々の組の電極An,An+1,Bn,Bn+1で囲まれた部位にイオンビーム通過孔H2が形成されている。そして、前記四重極型質量分別装置43aのイオンビーム通過孔H1から出射された前記擬分子イオンをイオンビーム通過孔H2から第2の四重極型質量分別装置43b内に通過させることによって、前記擬分子イオンを構成する溶媒擬分子イオン(溶媒イオン)と溶質イオン(イオン化された有機材料)とをさらに高度に分離する。つまり、中心に支柱部材のある前記円柱状の電極An,An+1,Bn,Bn+1に印加される直流電圧及び交流電圧を最適化することによって、前記擬分子イオンを構成する溶媒イオンをそのイオン軌道面からそらし、残りの溶質イオンをイオン軌道面に収束して、一次分別された擬分子イオンビームを整える。この擬分子イオンビームを本実施形態においては、イオンビームIBとする(図3(b)参照)。尚、この第2の四重極型質量分別装置43bのイオンビーム通過孔H2の径φ2は、第1の四重極型質量分別装置43aのイオンビーム通過孔H1の径φ1(図4(b)参照)よりは、小さくなるように構成されている。
前記調整用電極45の下流側には偏向磁石46が設けられている。偏向磁石46は前記電圧発生装置Qに電気的に接続されている。そして、偏向磁石46は電圧発生装置Qから供給される電流IMに応じた周期変動励磁電流が供給されることで偏向磁場を発生する電
磁石である。そして、前記偏向磁石46によって発生された周期変動磁場中に前記イオンビームIBを通過させることで、イオンビームIBを揺らしてビーム密度の均一性を向上させる。そして、この偏向磁石46は、前記偏向部15を構成している。尚、偏向磁石46は、静電界によるビーム偏向手段であってもよい。
このように、有機材料Jを溶媒Uで溶液化した後、擬分子イオン化し、その後、前記擬分子イオンから溶媒イオンを分離して前記有機材料イオンのみをマザー基板Sに付着するようにした。そして、前記マザー基板Sの所定の部位に前記イオン化された有機材料Jを誘導する電圧を印加することで、目的の部位に前記有機材料Jを確実に付着させることができる。従って、有機材料Jを効率よく使用することができる。また、このとき、有機材料Jを溶媒Uで溶液化した後、擬分子イオン化された状態で溶媒イオンを分離して前記有機材料Jのみをマザー基板Sに付着するようにしたので、不純物の混入を極力防止することができる。従って、目的の部位に所定の均一な膜厚で高純度な薄膜を形成することができる。
図5及び図6は、それぞれ、有機薄膜形成装置10によって形成される有機ELディスプレイの断面図である。また、図5及び図6に示す同じ記号の画素は、全て同色の画素である。
5aに対向するようにマザー基板Sを移動する。以後、順次、前記と同様にすることで、各R色の画素電極M上に発光層Y2Rを形成する(図6b)。次いで所定の温度でアニールを行い発光層Y2Rを正孔注入/輸送層Y1上に定着させる。このアニールは、R,G,Bの全画素に各発光有機材料を付着後、一括して行ってもよい。
そして、このように画素電極M上に所定の正孔注入/輸送層Y1及び発光層Y2を積層して形成した後、前記マザー基板Sが前記ゲートBを開口し、隣接する他のチャンバーに輸送される。その後、そのチャンバーにて、例えば、蒸着法といった所定のプロセスによって、前記有機薄膜形成装置10にて形成された前記発光層上に電極Y3および封止部BRが形成される。このようにして、有機EL表示パネルパネルが製造される(図6c)。その後、図7に示すように、複数の表示パネルチップPTが形成されたマザー基板Sをスクライブ処理して表示パネルチップPTを別々に切り出しパネル化する。そして、切り出された各表示パネルチップPTにドライバICや表示電源回路等を実装し有機ELディスプレイとして種々の電子機器に適用させる。
ータ線X1,X2,X3,…の電位が駆動トランジスタQdのゲートに伝達され、前記同駆動トランジスタQdが導通する。これによって、全ての画素電極Mに表示駆動電源線VelR,VelG,VelBを介してで選択的に与えられる付着電圧V4若しくは不着電圧Vsのいずれかの電位が与えられる。このとき、各有機EL素子REL,GEL,BELは完成されていないので、各有機EL素子REL,GEL,BELを介して電流は流れない。
着電圧V4及び不着電圧Vsから適宜電圧を変換して行われる。一方、表示パネルチップPTが完成した段階では、前記付着電圧V4及び不着電圧Vsからの電源供給をしなくてもよいようにリセット信号RSTにより前記成膜電圧設定回路と表示駆動回路は状態設定される。また、リセット信号RST及び選択信号SELについても同様であり、スクライブ処理を行った後、表示動作状態ではプルダウン抵抗Rp1,Rp2により表示パネルチップPT内部で電位固定される。
尚、特許請求の範囲に記載の材料または機能材料は、本実施形態においては、例えば、有機材料Jに対応している。特許請求の範囲に記載の基板は、本実施形態においては、例えば、マザー基板Sに対応している。特許請求の範囲に記載の隔離手段は、本実施形態においては、例えば、第1のシャッタT1または第2のシャッタT2に対応している。特許請求の範囲に記載の膜形成装置は、本実施形態においては、それぞれ、有機薄膜形成装置10に対応している。特許請求の範囲に記載のイオン化部は、本実施形態においては、ソフトイオン化部13に対応している。
(1)前記実施形態では、溶液供給部11、ガス供給部12、ソフトイオン化部13、イオン分別部14、偏向部15及び成膜部16を備えた有機薄膜形成装置10を構成した。そして、前記溶液供給部11の有機材料Jをソフトイオン化部13にて微細な液滴にするとともにイオン化若しくは帯電させてから、その液滴を気化させて気体状の擬分子イオンにした。このとき、イオン分別部14において擬分子イオンから有機材料イオンを分別し、軌道をそろえてイオンビームIBを生成した。また、予め画素電極Mが形成されたマザー基板Sをステージ52上に載置した。そして、所定の画素電極Mに電流量計54を介して付着電圧V4を接続し、他の画素電極Mには不着電圧Vsを印加することで、所定の画素電極MにのみにイオンビームIBが電界で誘導されるようにした。このようにすることによって、所定の画素電極M上だけに有機材料擬分子イオンを自己整合的に精度良く均一な膜厚で付着させることができる。従って、マスクを使った蒸着方法に比べて有機材料Jの使用効率を上げることができるとともに、複雑な形状の電極面に対してもピンホール
や膜厚変化の少ない高品位な有機薄膜を形成することができる。また有機材料擬分子イオンが電極に付着するときには、イオン分別部14によって溶剤が除去されているため、先に形成された有機膜が後から照射されるイオンビームによって再溶解されることないので、高分子薄膜の積層多層化が可能である。
(第2実施形態)
次に、第1実施形態で説明した有機薄膜形成装置10で製造した電子デバイスおよびそれを用いた電子装置について図9に従って説明する。有機薄膜形成装置10を用いて実現される有機薄膜デバイスとしては、例えば有機ELディスプレイが挙げられる。有機ELディスプレイは、モバイル型のパーソナルコンピュータ、携帯電話、デジタルカメラ等種々の電子機器に適用できる。
○上記第1実施形態では、材料または機能材料としての有機材料Jを溶液化する溶媒Uを備え、前記有機材料Jと前記溶媒Uとを混合して前記有機材料Jを溶液化した後、その溶液化した有機材料Jをイオン化部にて擬分子イオン化すようにした。これを、溶媒を使わず、イオン化部にて有機材料Jを直接気化あるいは別途ナノ粒子化した微粒子をフィールドデソープション/フィールドイオン化法、電子衝撃法、レーザーソフトイオン化法等で帯電もしくはソフトイオン化すようにしてもよい。このようにすることによって、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。
、複数本の噴射ノズルを用意してマザー基板を成膜部16に入れたままで異なる有機材料を積層成膜するようにしてもよい。これにより微細な積層構造の形成が可能となる。無論この場合は、有機材料に応じて適宜イオン化部14および偏向部15の制御条件の切り替えや溶液供給部11およびガス供給部12を増設する必要がある。
が、プラス擬分子イオンの場合は、各電極に与える電位関係は前記第1実施形態とまったく逆に設定することで、膜形成装置を具体化することができる。
…ガス供給部、13…イオン化部としてのソフトイオン化部、14…分別部としてのイオン分別部、15…偏向部、16…成膜部、43…質量分別部としての多重極型分別収束装置、45…調整用電極、54…検出部としての電流量計、70…電子機器としてのモバイル型パーソナルコンピュータ。
Claims (14)
- 基板上に機能材料を薄膜化して積層形成する電子装置の製造方法において、
機能材料を含む溶液を微細な液滴化するとともにイオン化若しくは帯電させてから、そ
の液滴を気化させて気体状の擬分子イオンを生成する第1のステップと、
前記擬分子イオンから、前記溶液に含まれる溶媒に由来する溶媒イオンの含有量を低減
する第2のステップと、
前記擬分子イオンから前記溶媒イオンと、前記機能材料に由来する機能材料イオンとを
複数の電極を備えた質量分別手段を用いて分別した後、前記機能材料イオンを周期変動磁
場又は周期変動静電界により偏向して揺動する第3のステップと、
前記基板上に複数の電極を備え、前記擬分子イオンに対して前記電極の所定電極電位を
選択的に異なる電位に設定して、前記機能材料の擬分子イオンを前記基板上に選択的に付
着させる第4のステップと
を備えたことを特徴とする電子装置の製造方法。 - 請求項1に記載の電子装置の製造方法において、
前記基板上には、前記電子装置が複数個形成されるものであり、前記各電子装置に対し
てそれぞれ形成された前記複数の電極の選択的な電位設定は、前記各電子装置に対して共
通の信号線及び電源線によってなされることを特徴とする電子装置の製造方法。 - 請求項2に記載の電子装置の製造方法において、
前記基板上に形成した前記各電子装置に対する共通の前記信号線及び前記電源線は、前
記基板上に形成された前記各電子装置間にある中間領域で、互いに交差しないように配線
されていることを特徴とする電子装置の製造方法。 - 請求項1乃至3のいずれか一つに記載の電子装置の製造方法において、
前記基板上に形成される前記電子装置の形成領域には、前記複数の電極に対して選択的
に所定電位に設定するための設定回路が形成され、その設定回路は、前記形成領域に形成
される前記電子装置の本来の電子回路の少なくとも一部を利用したことを特徴とする電子
装置の製造方法。 - 請求項4に記載の電子装置の製造方法において、
前記基板上の各形成領域にそれぞれ形成される電子装置は電気光学装置であって、前記
複数の電極はその電気光学装置に形成される複数の電気光学素子の素子電極であり、前記
設定回路に利用される電子回路は、前記電気光学素子の素子駆動回路を含むことを特徴と
する電子装置の製造方法。 - 基板上に材料の膜を形成する膜形成装置であって、
前記材料と溶媒とを混合して得られた溶液を前記イオン化部に供給する溶液供給部と、
前記溶液と不活性ガスを同時にノズルから噴霧させることで前記溶液を微小な液滴にす
るガス供給部と、
前記材料または前記材料の溶液を微細な液滴化するとともにイオン化若しくは帯電させ
てから、その液滴を気化させて気体状の擬分子イオンを生成するイオン化部と、
前記微小な液滴を気化させて気体状の擬分子イオンを生成し、前記擬分子イオンのうち
、前記材料に由来するイオンと前記溶媒に由来するイオンとを分別する分別部であって、
該分別部は印加される電圧または電流に応じて前記材料に由来するイオンを質量に応じて
分別するための複数の電極を備えた質量分別部を備えている分別部と、
前記分別部にて分別された前記材料に由来するイオンを周期変動磁場又は周期変動静電
界により偏向して揺動する偏向部と、
前記基板上に備えられた複数の電極の電位を前記擬分子イオンに対して選択的に設定す
る電子回路に対して、信号または電圧を供給するための電圧供給部と、
前記擬分子イオンのうち材料イオンを前記基板に付着させる成膜部と
を備えたことを特徴とする膜形成装置。 - 請求項6に記載の膜形成装置において、
前記質量分別部は、前記複数の電極の間の距離が異なる複数の質量分別部を備えている
ことを特徴とする膜形成装置。 - 請求項6又は7に記載の膜形成装置において、
さらにコレクタ電極を設けるとともに前記コレクタ電極と前記成膜部との間に、前記材
料に由来するイオンの飛行速度を調整する調整用電極を備えたことを特徴とする膜形成装
置。 - 請求項6乃至8のいずれか一つに記載の膜形成装置において、
前記材料に由来するイオンが前記基板の所定電極に付着する付着量を検出する検出部を
備えたことを特徴とする膜形成装置。 - 請求項6乃至9のいずれか一つに記載の膜形成装置において、
前記基板のイオン付着電極面は、垂直方向もしくは水平下面になるように配置、摺動す
るようになっていることを特徴とする膜形成装置。 - 請求項6乃至10のいずれか一つに記載の膜形成装置において、
前記イオン化部と、前記分別部と、前記成膜部はそれぞれ、互いに独立して減圧される
ための隔離手段を備えていることを特徴とする膜形成装置。 - 請求項1乃至5のいずれか一つに記載の電子装置の製造方法で製造されたことを特徴と
する電子装置。 - 請求項12に記載の電子装置を備えたことを特徴とする電子機器。
- 請求項6乃至11のいずれか一つに記載の膜形成装置で製造された電子装置。
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