JP5812496B2 - Thin film forming apparatus and thin film forming method - Google Patents
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Description
本発明は、薄膜形成装置及び薄膜形成方法に関し、特に、大型の基板に対しても、均一な膜厚及び膜質を有する薄膜を形成することができる薄膜形成装置及び薄膜形成方法に関する。 The present invention relates to a thin film forming apparatus and a thin film forming method, and more particularly to a thin film forming apparatus and a thin film forming method capable of forming a thin film having a uniform film thickness and film quality even on a large substrate.
近年、有機材料からなる薄膜(以下、「有機薄膜」と記載する)を利用したデバイスの開発が活発化しており、有機EL、有機トランジスタ、有機太陽電池等をはじめとする種々の電子デバイスや光デバイスの開発が進められている。 In recent years, development of devices using thin films made of organic materials (hereinafter referred to as “organic thin films”) has become active, and various electronic devices such as organic EL, organic transistors, organic solar cells, and light Device development is underway.
本発明者等は、鎖状有機化合物を膜原料とし、従来法に比べて飛躍的に短時間で効率よく有機薄膜を基板上に形成することができる薄膜形成方法とその装置を開発した(特許文献1)。 The present inventors have developed a thin film forming method and apparatus capable of forming an organic thin film on a substrate with a chain organic compound as a film raw material in a dramatically shorter time and efficiently than conventional methods (patent) Reference 1).
特許文献1に開示された薄膜形成方法は、微細な貫通孔が形成された断熱マスクを用いて基板に薄膜を形成する方法であり、基板の成膜面に配置した断熱マスクと基板の成膜面のほぼ全面を覆う平面状の蒸着源とを密着させることによって、蒸着源から基板までの間を断熱マスクの貫通孔で閉空間を構成し、この閉空間とした貫通孔内に急激な温度勾配を生成することによって、貫通孔内の膜原料の気化速度及び密度を高める方法である。
The thin film forming method disclosed in
このように、特許文献1に開示された方法によれば、基板平行方向に膜材料の配向が制御された有機薄膜を、高い成膜速度で実現できる。なお、我々は、このように高い成膜速度で薄膜を形成することができる方法を、「High Speed Deposition」(以下、「HSD法」と記載する)と呼んでいる。
Thus, according to the method disclosed in
今後、デバイスの大型化又は量産化に伴って、有機薄膜の形成においては、基板のさらなる大型化(大判化)が要望されている。 In the future, with the increase in size and mass production of devices, there is a demand for further increase in size (large format) of substrates in the formation of organic thin films.
しかしながら、基板の大型化に対応させて蒸着源の面積を大型化すると、蒸着源の面積が大きくなることに伴って、蒸着源における膜原料の保持状態が不均一となる。すなわち、膜原料の分布状態が不均一となる。そのために、基板面内における膜厚や膜質のばらつきが大きくなるという問題がある。 However, when the area of the vapor deposition source is increased in response to the increase in the size of the substrate, the film source holding state in the vapor deposition source becomes non-uniform as the area of the vapor deposition source increases. That is, the distribution state of the film material becomes non-uniform. For this reason, there is a problem that variations in film thickness and film quality in the substrate surface become large.
また、蒸着源の面積が大きくなると、膜原料を加熱蒸発させる加熱源も大面積化して、加熱源において温度不均一性(温度ムラ)が発生する場合もある。この場合も、基板面内における膜厚や膜質のばらつきが大きくなるという問題がある。 Further, when the area of the vapor deposition source is increased, the heating source for heating and evaporating the film material is also increased in area, and temperature nonuniformity (temperature unevenness) may occur in the heating source. Also in this case, there is a problem that the variation in film thickness and film quality within the substrate surface becomes large.
一方、このような大型の基板に成膜する方法としては、基板に対して相対的に移動可能な蒸着源を使用する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 On the other hand, as a method for forming a film on such a large substrate, a method using an evaporation source that is movable relative to the substrate has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1のように断熱マスクと平面状の蒸着源とを密着させて密閉空間を形成して行う従来のHSD法では、断熱マスクに密着させながら蒸着源を移動させて基板に薄膜を形成することはできない。
However, in the conventional HSD method in which a heat-insulating mask and a planar vapor deposition source are brought into close contact with each other as in
そこで本発明は、大型の基板に対しても、均一な膜厚及び膜質を有する有機薄膜を高い生産性で形成することができる薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a thin film forming apparatus and a thin film forming method capable of forming an organic thin film having a uniform film thickness and film quality with high productivity even on a large substrate.
上記目的を達成するために、本発明に係る薄膜形成装置は、成膜室内で有機材料からなる膜原料を気化させて基板の成膜面に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、前記基板を保持する基板保持部と、前記膜原料を収容する収容室を有し、貫通孔を有するとともに前記基板に配置されるマスクに向けて線状に開口する供給口が前記収容室に設けられた線状蒸着源と、前記収容室に収容される前記膜原料を加熱して気化させる加熱部と、前記マスクと前記供給口とを所定距離だけ離間させながら、前記基板の成膜面と平行な方向であって、かつ、前記線状蒸着源の長手方向に対して略直交する方向に、前記線状蒸着源及び前記基板保持部の少なくとも一方を移動させる第1移動機構部と、前記成膜室内の真空度を制御する真空度制御部とを備え、前記真空度制御部は、前記供給口から前記成膜面までの長さが、前記膜原料の分子量と前記成膜室の真空度とにより決定される前記膜原料の分子の平均自由行程よりも短くなるように、前記成膜室内の真空度を制御し、気化した前記膜原料の分子が存在する前記貫通孔と前記基板とによって構成される局所空間内の蒸気圧をPとし、気化した前記膜原料の分子の平衡蒸気圧をPeとしたときに、前記線状蒸着源は、PとPeの対数比であるln(P/Pe)が0.1〜20となるように配置されるものである。 In order to achieve the above object, a thin film forming apparatus according to the present invention is a thin film forming apparatus that forms a thin film on a film forming surface of a substrate by vaporizing a film material made of an organic material in a film forming chamber. A substrate holding portion for holding the film raw material and a storage chamber for storing the film raw material, and a supply port that has a through hole and opens linearly toward the mask disposed on the substrate is provided in the storage chamber A linear deposition source, a heating unit that heats and vaporizes the film raw material housed in the housing chamber, and the mask and the supply port are spaced apart from each other by a predetermined distance, while being parallel to the film formation surface of the substrate. A first moving mechanism that moves at least one of the linear vapor deposition source and the substrate holding unit in a direction that is substantially perpendicular to the longitudinal direction of the linear vapor deposition source, and the film formation With a vacuum degree control unit that controls the degree of vacuum in the room The vacuum control unit is configured such that the length from the supply port to the film formation surface is greater than the mean free path of the film material molecules determined by the molecular weight of the film material and the vacuum degree of the film formation chamber. The degree of vacuum in the film forming chamber is controlled so as to shorten, and the vapor pressure in the local space formed by the through holes and the substrate where the vaporized molecules of the film raw material are present is P, and the vaporized When the equilibrium vapor pressure of the film raw material molecules is Pe, the linear vapor deposition source is arranged so that ln (P / Pe), which is the logarithmic ratio of P and Pe, is 0.1 to 20. It is.
また、本発明に係る薄膜形成方法は、成膜室内で有機材料からなる膜原料を気化させて基板の成膜面に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、前記成膜室内に、前記基板を保持する基板保持部と、前記膜原料を収容する収容室を有し、貫通孔を有するとともに前記基板に配置されるマスクに向けて線状に開口する供給口が前記収容室に設けられた線状蒸着源と、前記収容室に収容される前記膜原料を加熱して気化させる加熱部と、前記線状蒸着源及び前記基板保持部の少なくとも一方を移動させる第1移動機構部と、前記成膜室内の真空度を制御する真空度制御部とが備えられており、前記第1移動機構部によって、前記マスクと前記供給口とを所定距離だけ離間させながら、前記基板の成膜面と平行な方向であって、かつ、前記線状蒸着源の長手方向に対して略直交する方向に、前記線状蒸着源及び前記基板保持部の少なくとも一方を移動させ、前記真空度制御部によって、前記供給口から前記成膜面までの長さが、前記膜原料の分子の分子量と前記成膜室の真空度とにより決定される前記膜原料の分子の平均自由行程よりも短くなるように、前記成膜室内の真空度を制御し、気化した前記膜原料の分子が存在する前記貫通孔と前記基板とによって構成される局所空間内の蒸気圧をPとし、気化した前記膜原料の分子の平衡蒸気圧をPeとしたときに、PとPeの対数比であるln(P/Pe)が0.1〜20となるように、前記線状蒸着源を配置するものである。 The thin film forming method according to the present invention is a thin film forming method for forming a thin film on a film forming surface of a substrate by vaporizing a film raw material made of an organic material in the film forming chamber, wherein the substrate is disposed in the film forming chamber. A substrate holding portion for holding the film raw material and a storage chamber for storing the film raw material, and a supply port that has a through hole and opens linearly toward the mask disposed on the substrate is provided in the storage chamber A linear deposition source, a heating unit that heats and vaporizes the film raw material housed in the housing chamber, a first moving mechanism unit that moves at least one of the linear deposition source and the substrate holding unit, and A vacuum degree control unit that controls the degree of vacuum in the film forming chamber, and the first moving mechanism unit separates the mask from the supply port by a predetermined distance, Parallel direction and the linear vapor deposition source At least one of the linear vapor deposition source and the substrate holder is moved in a direction substantially orthogonal to the longitudinal direction, and the length from the supply port to the film formation surface is adjusted by the vacuum degree controller. The film is vaporized by controlling the degree of vacuum in the film forming chamber so as to be shorter than the mean free path of the film source molecule determined by the molecular weight of the film raw material molecule and the degree of vacuum in the film forming chamber. P is the logarithm of P and Pe, where P is the vapor pressure in the local space formed by the through-holes in which the raw material molecules exist and the substrate, and Pe is the equilibrium vapor pressure of the vaporized film raw material molecules. The said linear vapor deposition source is arrange | positioned so that ln (P / Pe) which is ratio may be set to 0.1-20.
本発明によれば、大型の基板であっても、基板の成膜面全体にわたって、膜厚や膜質のばらつきを抑制して、均一な膜厚や膜質を有する高品位な薄膜を短時間で形成することができる。 According to the present invention, a high-quality thin film having a uniform film thickness and film quality can be formed in a short time by suppressing variations in film thickness and film quality over the entire film formation surface of the substrate even for a large substrate. can do.
上述のとおり、大型の基板に薄膜を形成する方法としては、特許文献2のように、基板に対して相対的に移動可能な線状蒸着源を使用する方法がある。特許文献2の方法では、基板と線状蒸着源とを相対的に移動させる必要があるので、基板と線状蒸着源とを離間させている。
As described above, as a method for forming a thin film on a large substrate, there is a method using a linear vapor deposition source that is movable relative to the substrate, as in
一方、特許文献1の方法は、断熱マスクと平面状の蒸着源とを密着させて断熱マスクの貫通孔内を閉空間とすることによって気化速度を速くして、所望の薄膜を形成する技術である。したがって、特許文献1の方法に特許文献2の方法を適用しようとすると、断熱マスクに対して線状蒸着源を円滑に相対移動させるために、断熱マスクと線状蒸着源とを離間させる必要がある。
On the other hand, the method of
しかしながら、特許文献1において断熱マスクと線状蒸着源とを離間させると、断熱マスクの貫通孔内を密閉空間とすることができないので、特許文献1の方法に特許文献2の方法を単純に適用することは困難であると考えられていた。
However, if the heat insulating mask and the linear deposition source are separated from each other in
ところが、本発明者等が鋭意検討した結果、線状蒸着源を用いて、基板の成膜面に配置されたマスクと線状蒸着源とを微小距離だけ離間させた状態で線状蒸着源を基板に対して相対移動させながら薄膜形成した場合であっても、予想に反して、均一な膜厚及び膜質を有する高品位な薄膜を形成することができるということをつきとめた。本発明は、このような驚くべき結果に基づいて完成されたものである。 However, as a result of intensive studies by the present inventors, the linear vapor deposition source was used in a state where the mask disposed on the film formation surface of the substrate and the linear vapor deposition source were separated by a minute distance. It was found that even when a thin film was formed while being moved relative to the substrate, a high-quality thin film having a uniform film thickness and film quality can be formed contrary to expectations. The present invention has been completed based on such surprising results.
すなわち、本発明に係る薄膜形成装置は、成膜室内で有機材料からなる膜原料を気化させて基板の成膜面に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、前記基板を保持する基板保持部と、前記膜原料を収容する収容室を有し、貫通孔を有するとともに前記基板に配置されるマスクに向けて線状に開口する供給口が前記収容室に設けられた線状蒸着源と、前記収容室に収容される前記膜原料を加熱して気化させる加熱部と、前記マスクと前記供給口とを所定距離だけ離間させながら、前記基板の成膜面と平行な方向であって、かつ、前記線状蒸着源の長手方向に対して略直交する方向に、前記線状蒸着源及び前記基板保持部の少なくとも一方を移動させる第1移動機構部と、前記成膜室内の真空度を制御する真空度制御部とを備え、前記真空度制御部は、前記供給口から前記成膜面までの長さが、前記膜原料の分子量と前記成膜室の真空度とにより決定される前記膜原料の分子の平均自由行程よりも短くなるように、前記成膜室内の真空度を制御し、気化した前記膜原料の分子が存在する前記貫通孔と前記基板とによって構成される局所空間内の蒸気圧をPとし、気化した前記膜原料の分子の平衡蒸気圧をPeとしたときに、前記線状蒸着源は、PとPeの対数比であるln(P/Pe)が0.1〜20となるように配置されるものである。 That is, a thin film forming apparatus according to the present invention is a thin film forming apparatus that forms a thin film on a film forming surface of a substrate by vaporizing a film material made of an organic material in a film forming chamber, and a substrate holding unit that holds the substrate And a linear vapor deposition source provided with a supply port provided in the storage chamber having a storage chamber for storing the film raw material, having a through-hole and opening linearly toward a mask disposed on the substrate, A heating unit that heats and vaporizes the film raw material housed in the housing chamber, and a direction parallel to the film formation surface of the substrate while separating the mask and the supply port by a predetermined distance; and A first moving mechanism that moves at least one of the linear vapor deposition source and the substrate holding unit in a direction substantially orthogonal to the longitudinal direction of the linear vapor deposition source, and a degree of vacuum in the film formation chamber A degree of vacuum control unit, and the degree of vacuum control Is such that the length from the supply port to the film formation surface is shorter than the mean free path of the film material molecules determined by the molecular weight of the film material and the degree of vacuum of the film formation chamber. The degree of vacuum in the film forming chamber is controlled, and the vapor pressure in the local space formed by the through-holes where the vaporized molecules of the film raw material exist and the substrate is P, and the molecules of the vaporized film raw material molecules When the equilibrium vapor pressure is Pe, the linear vapor deposition source is arranged so that ln (P / Pe), which is a logarithmic ratio of P and Pe, is 0.1 to 20.
真空蒸着による薄膜形成のメカニズムは、成膜対象の基板近傍の気化分子の蒸気圧Pとの相関がある。一般に、この蒸気圧Pが気化分子のもつ平衡蒸気圧Peよりも大きくなると基板上で分子の凝結が起こり、核を形成する。そして、核形成後に基板に飛来した分子はその核を起点に集合し、薄膜成長が促される。 The mechanism of thin film formation by vacuum deposition has a correlation with the vapor pressure P of vaporized molecules in the vicinity of the substrate to be deposited. In general, when the vapor pressure P becomes higher than the equilibrium vapor pressure Pe of the vaporized molecule, the molecules are condensed on the substrate to form nuclei. Molecules flying to the substrate after nucleation gather from the nuclei as the starting point and promote thin film growth.
このような核が形成されるには、気化分子の蒸気圧Pと平衡蒸気圧Peとの対数比ln(P/Pe)を過飽和度σと定義すると、P>Pe、すなわち過飽和度σが0より大きいことが必要とされる。過飽和度σが0に近い領域で得られる薄膜は、基板との整合を伴うエピタキシャル成長となる。しかしながら、過飽和度σが極端に大きな場合は、基板との整合を伴わず、特定の核を有さないアモルファス膜もしくは微結晶膜となる。 In order to form such nuclei, if the log ratio ln (P / Pe) between the vapor pressure P of vaporized molecules and the equilibrium vapor pressure Pe is defined as the supersaturation degree σ, P> Pe, that is, the supersaturation degree σ is 0. Larger is needed. A thin film obtained in a region where the degree of supersaturation σ is close to 0 is epitaxially grown with matching with the substrate. However, when the degree of supersaturation σ is extremely large, an amorphous film or a microcrystalline film that does not have a specific nucleus and does not match with the substrate.
ここで、本発明に係る薄膜形成に用いられる膜原料としては、有機薄膜を形成するための膜原料が用いられる。膜原料の種類としては、特に限定されないが、例えば、ノルマルアルカン、脂肪酸等の炭素骨格を主鎖とする直鎖状化合物や、ポリシラン等のSi骨格を主鎖とする直鎖状化合物、アントラセン、ペンタセンをはじめとするポリアセン系化合物、オリゴチオフェンをはじめとするポリチオフェン系化合物及びその誘導体等の棒状分子;銅フタロシアニン(CuPc)等のフタロシアニン類やポルフィリン等の面状分子;4,4’,4”−トリス(3−メチルフェニルフェニルアミノ)トリフェニルアミン(m−MTDATA)、4,4’,4”−トリス(2−ナフチルフェニルアミノ)トリフェニルアミン(2−TNATA)、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−(1,1’−ビフェニル)−4,4’−ジアミン(TPD)、ビス[(N−ナフチル)−N−フェニル]ベンジジン(α−NPD)等のアミン系化合物や、8≡ヒドロキシキノリンアルミニウム(Alq3)、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物(NTCDA)等のナフタレン環を有する無水化合物等の有機EL用の材料;上述のフタロシアニン類、C60フラーレン、6,6−フェニル−C61酪酸メチルエステル(PCBM)等の有機薄膜太陽電池用の材料等が挙げられる。 Here, as a film material used for forming a thin film according to the present invention, a film material for forming an organic thin film is used. The type of film raw material is not particularly limited. For example, normal compounds having a carbon skeleton as a main chain such as normal alkanes and fatty acids, linear compounds having a Si skeleton as a main chain such as polysilane, anthracene, Rod-shaped molecules such as polyacene compounds such as pentacene, polythiophene compounds including oligothiophene and derivatives thereof; planar molecules such as phthalocyanines such as copper phthalocyanine (CuPc) and porphyrins; 4, 4 ′, 4 ″ -Tris (3-methylphenylphenylamino) triphenylamine (m-MTDATA), 4,4 ', 4 "-Tris (2-naphthylphenylamino) triphenylamine (2-TNATA), N, N'-bis (3-Methylphenyl)-(1,1′-biphenyl) -4,4′-diamine (TPD), bis [( Amine compounds such as -naphthyl) -N-phenyl] benzidine (α-NPD), anhydrous compounds having a naphthalene ring such as 8≡hydroxyquinoline aluminum (Alq3), naphthalenetetracarboxylic dianhydride (NTCDA), etc. Materials for organic EL; materials for organic thin-film solar cells such as the above-mentioned phthalocyanines, C60 fullerene, 6,6-phenyl-C61 butyric acid methyl ester (PCBM), and the like.
そして、本発明に係る薄膜形成装置では、供給口から成膜面までの長さが、膜原料が気化した分子の平均自由行程よりも短くなるように、すなわち低真空雰囲気となるように成膜室内の真空度(圧力)が制御されている。 In the thin film forming apparatus according to the present invention, the film is formed such that the length from the supply port to the film formation surface is shorter than the mean free path of the molecules evaporated from the film material, that is, a low vacuum atmosphere. The degree of vacuum (pressure) in the room is controlled.
このような低真空度の成膜室内おいて、上記の膜材料を低い過飽和度雰囲気で蒸着させると、すなわち過飽和度σが0近傍から2〜3程度の範囲内で蒸着させると、膜原料が棒状分子の場合は基板の成膜面に対して垂直配向した核成長を行い、膜原料が面状分子の場合は基板の成膜面と面状分子の面とが平行に配向した核成長を行う。 When the above-described film material is deposited in a low supersaturation atmosphere in such a low vacuum film formation chamber, that is, when the supersaturation degree σ is deposited within a range from about 0 to about 2 to 3, In the case of a rod-shaped molecule, nuclei grow vertically oriented with respect to the film formation surface of the substrate. Do.
一方、低真空度の成膜室内おいて、上記の膜材料を高い過飽和度雰囲気で蒸着させると、すなわち過飽和度σが3〜15程度の範囲内で蒸着させると、膜原料が棒状分子の場合は基板の成膜面に対して平行配向し、膜原料が面状分子の場合は基板の成膜面に対して面状分子の面が垂直に立った状態である垂直配向する。 On the other hand, when the above film material is deposited in a high supersaturation atmosphere in a low vacuum film forming chamber, that is, when the supersaturation degree σ is deposited within a range of about 3 to 15, the film material is a rod-like molecule. Are aligned parallel to the film formation surface of the substrate, and when the film raw material is a planar molecule, it is vertically aligned with the surface of the planar molecule standing perpendicular to the film formation surface of the substrate.
なお、過飽和度σが0より小さい場合は、基板に滞在できる分子が核成長するには少ないために薄膜成長しない。また、蒸着レートをさらに速くする等して過飽和度σを大きくすることにより、有機ELや有機薄膜太陽電池に用いられる材料の膜原料を用いて、アモルファス性の薄膜を形成することもできる。 When the degree of supersaturation σ is smaller than 0, a thin film does not grow because there are few molecules that can stay on the substrate for nucleus growth. Moreover, an amorphous thin film can also be formed using the film raw material of the material used for organic EL or an organic thin-film solar cell by enlarging supersaturation degree (sigma) by making a vapor deposition rate faster.
本発明に係る薄膜形成装置では、線状蒸着源と貫通孔を有するマスクとによって、基板及び貫通孔で構成される局所空間内における気化分子の過飽和度σを、0.1〜20までの広い範囲で制御することができる。そして、本発明では、成膜室内の真空度が上記のように低真空度であっても、過飽和度σを0.1〜20の範囲内となるように制御することにより、蒸着膜における分子の配向を垂直配向から平行配向まで容易に制御することができる。 In the thin film forming apparatus according to the present invention, the supersaturation σ of vaporized molecules in a local space composed of the substrate and the through-hole is widened to 0.1 to 20 by the linear vapor deposition source and the mask having the through-hole. Can be controlled by range. And in this invention, even if the vacuum degree in a film-forming chamber is a low vacuum degree as mentioned above, by controlling supersaturation degree (sigma) in the range of 0.1-20, it is the molecule | numerator in a vapor deposition film. Can be easily controlled from vertical alignment to parallel alignment.
ここで、上記の過飽和度σについて、さらに説明する。まず、過飽和度σと薄膜分子の配向との関係について説明する。過飽和度σが小さい場合は、薄膜分子は垂直配向となり、過飽和度σが大きい場合は、薄膜分子は平行配向となる。 Here, the degree of supersaturation σ will be further described. First, the relationship between the degree of supersaturation σ and the orientation of thin film molecules will be described. When the degree of supersaturation σ is small, the thin film molecules are aligned vertically, and when the degree of supersaturation σ is large, the thin film molecules are aligned in parallel.
次に、過飽和度σと成膜条件との関係について説明する。基板近傍の過飽和度σは基板温度や蒸着速度(蒸着レート)に依存し、基板温度が高ければ高いほど過飽和度は小さくなり、基板温度が低ければ低いほど過飽和度が大きくなる。一方、蒸着速度が遅ければ遅いほど過飽和度は小さくなり、蒸着速度が速ければ速いほど過飽和度は大きくなる。 Next, the relationship between the degree of supersaturation σ and the film formation conditions will be described. The supersaturation degree σ near the substrate depends on the substrate temperature and the deposition rate (deposition rate). The higher the substrate temperature, the smaller the supersaturation degree, and the lower the substrate temperature, the larger the supersaturation degree. On the other hand, the slower the vapor deposition rate, the smaller the degree of supersaturation, and the faster the vapor deposition rate, the greater the degree of supersaturation.
基板と蒸着源との距離が遠く離れた一般的な真空蒸着法では気化分子が成膜室全体を満たすため、基板近傍の飽和蒸気圧を制御することが困難であった。特に、平行配向の有機薄膜を形成するためには、高い過飽和度σを実現する必要があるが、このためには、過剰な蒸着速度を必要とし、材料が無駄になったり雰囲気の安定性を保つのが難しかったりするという問題があった。また、基板温度を低くすれば過飽和度σを大きくすることができるが、この場合、基板温度を−150℃程度にまで冷却しなければならないという課題がある。従って、一般的な薄膜形成装置では、高い過飽和度を容易に得ることができず、平行配向の有機薄膜を容易に形成することが困難である。例えば、従来の一般的な真空蒸着の薄膜形成装置では、0〜2程度の過飽和度しか発生させることができず、垂直配向の薄膜しか形成することができなかった。 In a general vacuum vapor deposition method in which the distance between the substrate and the vapor deposition source is far away, vaporized molecules fill the entire film forming chamber, so that it is difficult to control the saturated vapor pressure in the vicinity of the substrate. In particular, in order to form a parallel-oriented organic thin film, it is necessary to achieve a high degree of supersaturation σ, but this requires an excessive deposition rate, which wastes materials and stabilizes the atmosphere. There was a problem that it was difficult to keep. Further, if the substrate temperature is lowered, the degree of supersaturation σ can be increased. However, in this case, there is a problem that the substrate temperature must be cooled to about −150 ° C. Therefore, a general thin film forming apparatus cannot easily obtain a high degree of supersaturation, and it is difficult to easily form a parallel-oriented organic thin film. For example, in a conventional general vacuum deposition thin film forming apparatus, only a supersaturation degree of about 0 to 2 can be generated, and only a vertically oriented thin film can be formed.
そこで、本発明では、基板と貫通孔とによって略閉空間を構成することで、基板近傍の過飽和度σを制御している。過飽和度σの値としては、成膜可能となるように0.1以上とし、さらには、薄膜の配向を垂直配向から平行配向まで制御可能なように20以下としており、過剰な膜原料を用いることなく少量の膜原料で安定して成膜が行えるようにしている。 Therefore, in the present invention, the supersaturation degree σ in the vicinity of the substrate is controlled by forming a substantially closed space by the substrate and the through hole. The value of the supersaturation σ is set to 0.1 or more so that the film can be formed, and further set to 20 or less so that the orientation of the thin film can be controlled from the vertical orientation to the parallel orientation. Therefore, the film can be stably formed with a small amount of film material.
そして、このような過飽和度σの制御は、大型の基板に成膜する方法としては、基板に対して相対的に移動可能な線状蒸着源を用いて行うことができ、本発明では、基板の成膜面と平行な方向であって、かつ、線状蒸着源の長手方向に対して略直交する方向に、線状蒸着源及び基板保持部の少なくとも一方を移動させながら、線状蒸着源の供給口とマスクとを所定距離だけ離間させることによって行っている。 Such supersaturation σ can be controlled using a linear evaporation source that can move relative to the substrate as a method for forming a film on a large substrate. The linear vapor deposition source while moving at least one of the linear vapor deposition source and the substrate holder in a direction parallel to the film-forming surface of the film and in a direction substantially orthogonal to the longitudinal direction of the linear vapor deposition source This is done by separating the supply port and the mask by a predetermined distance.
なお、このように、本発明においては、線状蒸着源の供給口とマスクとを所定距離だけ離間させた状態で成膜を行っているので、特許文献1のようにマスクの貫通孔内が完全な閉空間とはなっていない。従って、線状蒸着源の供給口とマスクとを所定距離だけ離間させた状態では、蒸着速度を速くすることができないと考えられていた。
In this way, in the present invention, since the film is formed in a state where the supply port of the linear vapor deposition source and the mask are separated from each other by a predetermined distance, the inside of the through hole of the mask is formed as in
しかしながら、本発明者らが鋭意検討した結果、線状蒸着源の供給口とマスクとを所定距離だけ離間させた状態であっても、供給口から連続的に気化した分子によって基板と貫通孔とによって構成される空間が満たされた蒸気圧空間となっているために、貫通孔内はその外周部と遮断された局所雰囲気となることをつきとめた。その結果、成膜過程において、貫通孔内には外周部とは異なる蒸気圧場が形成され、膜原料の気化速度及び蒸気圧を制御するのに充分な化学的に閉じた反応場が構築されることが分かった。 However, as a result of intensive studies by the present inventors, even when the supply port of the linear vapor deposition source and the mask are separated by a predetermined distance, the substrate and the through-hole are formed by molecules continuously vaporized from the supply port. It has been found that the inside of the through hole becomes a local atmosphere cut off from its outer peripheral portion because the space constituted by is a filled vapor pressure space. As a result, during the film formation process, a vapor pressure field different from that of the outer periphery is formed in the through hole, and a chemically closed reaction field sufficient to control the vaporization rate and vapor pressure of the film material is constructed. I found out.
したがって、本発明によれば、線状蒸発源の供給口とマスクとを所定距離だけ離間させながらも、所望に配向が制御された有機薄膜を、高い成膜速度で大面積で形成することができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to form an organic thin film with a desired orientation controlled in a large area at a high deposition rate while separating the supply port of the linear evaporation source and the mask by a predetermined distance. it can.
逆に、本発明のように、成膜時に、線状蒸着源の供給口とマスクの面とが所定距離だけ離間させることにより、基板上に形成される薄膜の膜厚や膜質を均一にすることができることも分かった。 Conversely, as in the present invention, during film formation, the supply port of the linear vapor deposition source and the mask surface are separated by a predetermined distance, so that the film thickness and film quality of the thin film formed on the substrate are made uniform. I also found that I can do it.
これは、線状蒸着源の供給口とマスクの面との間に形成された隙間が、マスクパターンが複雑な形状であっても、収容室からの気化した膜原料が均一な蒸気圧雰囲気を形成する緩和層として機能すると考えられるからである。すなわち、この隙間による緩和層によって、蒸気圧が均一化された膜原料を貫通孔内へと移動させることができるので、基板上に形成される薄膜の膜厚や膜質の均一化が促進されると推測される。なお、成膜待機時だけでなく成膜時においても線状蒸着源とマスクとを離間させることにより、特許文献1に開示された薄膜形成装置とは異なり、マスクに断熱性を持たせる必要がなくなる。
This is because even if the gap formed between the supply port of the linear deposition source and the mask surface has a complicated mask pattern, the vaporized film material from the storage chamber has a uniform vapor pressure atmosphere. This is because it is considered to function as a relaxation layer to be formed. That is, since the film material having a uniform vapor pressure can be moved into the through-holes by the relaxing layer formed by the gaps, the film thickness and film quality of the thin film formed on the substrate can be made uniform. It is guessed. Unlike the thin film forming apparatus disclosed in
また、本発明において、成膜時における成膜室内の真空度は、線状蒸着源の供給口から貫通孔を経由して基板に到達するまでの気化した膜原料の蒸着経路の長さが、膜原料気化した分子の分子量と成膜室の真空度とにより決定される分子の平均自由行程よりも短くなるように制御されている。このような条件を満たす成膜室内の真空度は、膜原料の種類、蒸着レート、膜原料の分子密度等に鑑み、所望の膜質(配向状態、結晶化状態)に合わせて、適宜決定することができる。 Further, in the present invention, the degree of vacuum in the film formation chamber during film formation is the length of the vapor deposition path of the vaporized film raw material from the supply port of the linear vapor deposition source to the substrate via the through hole, It is controlled so as to be shorter than the mean free path of the molecule determined by the molecular weight of the vaporized film raw material and the degree of vacuum in the film forming chamber. The degree of vacuum in the film formation chamber that satisfies such conditions should be determined appropriately according to the desired film quality (orientation state, crystallization state) in consideration of the type of film material, the deposition rate, the molecular density of the film material, and the like. Can do.
また、本発明では、蒸着源として、蒸着源が線状である線状蒸着源を用いている。これにより、線状蒸着源に膜原料を均一に配置して、線状蒸着源における膜原料の保持状態を容易に均一にすることができるので、膜厚や膜質のばらつきが抑制され、均一な膜厚や膜質を有する高品位な薄膜を形成することができる。この結果、薄膜の歩留まりを向上し、生産性を高めることが可能となる。 Moreover, in this invention, the linear vapor deposition source whose vapor deposition source is linear as a vapor deposition source is used. As a result, the film raw material can be uniformly arranged in the linear vapor deposition source, and the holding state of the film raw material in the linear vapor deposition source can be made uniform easily, so that variations in film thickness and film quality are suppressed and uniform. A high-quality thin film having a film thickness and film quality can be formed. As a result, the yield of the thin film can be improved and the productivity can be increased.
なお、蒸着源が従来のように平板状のものである場合、蒸着源を均一に加熱することが難しく、蒸着源の加熱ムラが生じやすい。そのため、加熱ムラに起因して、膜原料が突発的に気化し噴出するスプラッシュが発生してしまうことがある。さらに、スプラッシュによって膜原料に陥没等が形成され、陥没等に起因して膜原料の崩落が起こり、この結果、膜原料の気化状態が不安定となってしまうこともある。これらの点について、より詳細に説明する。 In addition, when a vapor deposition source is a flat thing like the past, it is difficult to heat a vapor deposition source uniformly and it is easy to produce the heating nonuniformity of a vapor deposition source. For this reason, a splash in which the film material is suddenly vaporized and ejected may occur due to uneven heating. In addition, a depression or the like is formed in the film raw material by the splash, and the film raw material collapses due to the depression or the like. As a result, the vaporization state of the film raw material may become unstable. These points will be described in more detail.
スプラッシュとは、急激な膜原料の加熱や、膜原料の温度のばらつきによって、突発的に原料分子の昇華又は蒸発(気化)が起こることを意味する。このようなスプラッシュが起こると、成膜レートが不安定になるとともに、しばしば膜原料分子が集団(クラスター)状態で基板に到達することになり、膜厚や膜質が不均一化しやすい。 Splash means that the material molecules are suddenly sublimated or evaporated (vaporized) suddenly due to rapid heating of the film material or variations in the temperature of the film material. When such splash occurs, the film formation rate becomes unstable, and film source molecules often reach the substrate in a collective (cluster) state, which tends to make the film thickness and film quality nonuniform.
また、崩落とは、膜原料(固体)を加熱して気化が進行する過程において、固体の形状変化によって、突発的に分子気化速度が変化して、膜原料が崩れてしまうことを意味する。このような崩落が起こると、成膜レートが不安定になり、膜厚や膜質の均一化が困難となる。 The collapse means that in the process of vaporization by heating the film raw material (solid), the molecular vaporization rate suddenly changes due to the shape change of the solid and the film raw material collapses. When such collapse occurs, the film formation rate becomes unstable, and it becomes difficult to make the film thickness and film quality uniform.
これに対して、本発明のように蒸着源が線状であれば、蒸着源の加熱ムラが起こりにくくなるので、膜原料の気化状態を均一化しやすくなり、これによっても、薄膜の膜厚や膜質のばらつきを抑制することができる。 On the other hand, if the vapor deposition source is linear as in the present invention, uneven heating of the vapor deposition source is less likely to occur, so that the vaporization state of the film raw material can be easily uniformed. Variation in film quality can be suppressed.
また、本発明に係る薄膜形成装置において、前記線状蒸着源及び前記基板保持部の少なくとも一方を移動させる移動方向において、前記線状蒸着源の前記マスクと対向する上端面の幅は、前記貫通孔の前記マスク側の開口幅よりも大きいことが好ましい。 In the thin film forming apparatus according to the present invention, in the moving direction in which at least one of the linear vapor deposition source and the substrate holding part is moved, the width of the upper end surface facing the mask of the linear vapor deposition source is the through hole. It is preferable that it is larger than the opening width of the hole on the mask side.
このような構成とすることにより、マスクの貫通孔において、成膜における蒸着開始時から蒸着終了時まで一貫して、線状蒸着源における供給口側の面によって貫通孔内と外部とのコンダクタンスを維持することができ、化学的に閉じた反応系を形成することができる。その結果、配向が制御された有機薄膜を高い成膜速度で大面積で形成することができる。 By adopting such a configuration, the conductance between the inside and outside of the through-hole is consistently maintained in the through-hole of the mask by the surface on the supply port side in the linear vapor deposition source from the start of vapor deposition in the film formation to the end of vapor deposition. Can be maintained and a chemically closed reaction system can be formed. As a result, an organic thin film with controlled orientation can be formed in a large area at a high deposition rate.
また、本発明に係る薄膜形成装置において、前記加熱部は、前記線状蒸着源と一体となって移動するように構成されることが好ましい。 In the thin film forming apparatus according to the present invention, it is preferable that the heating unit is configured to move integrally with the linear vapor deposition source.
この場合、このような線状蒸着源を加熱する加熱部としては、例えば、線状蒸着源の長手方向における線状蒸着源の長さと略同じ長さの線状の加熱部であることが望ましい。 In this case, as the heating unit for heating such a linear deposition source, for example, a linear heating unit having substantially the same length as the length of the linear deposition source in the longitudinal direction of the linear deposition source is desirable. .
また、本発明に係る薄膜形成装置において、前記線状蒸着源の長手方向を法線とする平面における前記収容室の断面形状は、前記供給口に向かって先細な形状であることが好ましい。 In the thin film forming apparatus according to the present invention, it is preferable that a cross-sectional shape of the storage chamber in a plane having a normal direction in the longitudinal direction of the linear vapor deposition source is a tapered shape toward the supply port.
このような構成にすることにより、さらに、薄膜の膜厚や膜質のばらつきを抑制することができる。以下、この点について説明する。 By adopting such a configuration, it is possible to further suppress variations in film thickness and film quality of the thin film. Hereinafter, this point will be described.
蒸着源における収容室の底面から供給口に向かって開口幅が広がっているような場合、収容室内で気化した膜原料は直ちに収容室外に放出されてしまう。したがって、膜原料の気化状態がばらつきやすくなり、また、膜原料のスプラッシュや崩落が起こると、膜原料の気化状態が不均一になってしまうので、薄膜の膜厚や膜質のばらつきが生じやすい。 When the opening width increases from the bottom surface of the storage chamber toward the supply port in the vapor deposition source, the film material vaporized in the storage chamber is immediately discharged outside the storage chamber. Therefore, the vaporization state of the film raw material tends to vary, and when the splash or collapse of the film raw material occurs, the vaporization state of the film raw material becomes non-uniform, so that the film thickness and film quality of the thin film tend to vary.
これに対して、本発明の上記構成のように、蒸着源における収容室の底面から供給口に向かって先細である場合、すなわち、底面から供給口に向かって開口幅が狭まっている場合、収容室内に固相と気相との平衡状態が一旦形成されるので、均一な気化状態の膜原料を基板に向けて放出することができる。また、収容室の断面形状を供給口に向かって先細形状とすることにより、仮に膜原料のスプラッシュや崩落が起こったとしても、直ちに膜原料が収容室外に放出されることはなく、収容室内で気化状態を均一化することができる。また、この際、蒸着源の温度を調整することにより、膜原料の分子線強度を制御して、配向状態や結晶化状態を制御することも可能となる。 On the other hand, when the taper is tapered from the bottom surface of the storage chamber in the vapor deposition source to the supply port, that is, when the opening width is narrowed from the bottom surface to the supply port, the storage is performed. Since an equilibrium state between the solid phase and the gas phase is once formed in the chamber, the film material in a uniform vaporized state can be released toward the substrate. In addition, by making the cross-sectional shape of the storage chamber tapered toward the supply port, even if a splash or collapse of the film raw material occurs, the film raw material is not immediately released outside the storage chamber. The vaporized state can be made uniform. At this time, by adjusting the temperature of the vapor deposition source, the molecular beam intensity of the film material can be controlled to control the orientation state and the crystallization state.
また、本発明に係る薄膜形成装置において、前記基板保持部及び前記線状蒸着源の少なくとも一方を、前記成膜面と略直交する方向に移動させる第2移動機構部を備えるように構成しても構わない。 Further, in the thin film forming apparatus according to the present invention, it is configured to include a second moving mechanism unit that moves at least one of the substrate holding unit and the linear vapor deposition source in a direction substantially orthogonal to the film formation surface. It doesn't matter.
これにより、第2移動機構部によって基板保持部及び線状蒸着源の少なくとも一方を、成膜面と略直交する方向(例えば、垂直方向)に移動させることができるので、成膜時以外は基板と蒸着源との距離を充分確保して離間させることができる。したがって、蒸着レートの設定時に膜原料が基板に付着するのを防ぐことができ、また、蒸着源とマスク及び基板との間を仕切る防着シャッタを設けるためにも都合がよい。 Accordingly, at least one of the substrate holding unit and the linear vapor deposition source can be moved by the second moving mechanism unit in a direction (eg, a vertical direction) substantially orthogonal to the film formation surface. Can be separated from the vapor deposition source with a sufficient distance. Therefore, it is possible to prevent the film raw material from adhering to the substrate at the time of setting the vapor deposition rate, and it is also convenient to provide a deposition shutter that partitions the vapor deposition source, the mask, and the substrate.
また、本発明に係る薄膜形成装置において、前記成膜室に隣接し開閉する仕切りを介して配置される減圧可能な予備室を備え、前記予備室は、前記基板を前記予備室と前記成膜室との間で進退させる基板進退機構部、及び、前記線状蒸着源を前記予備室と前記成膜室との間で進退させる蒸着源進退機構部の少なくとも一つを備えることが好ましい。 The thin film forming apparatus according to the present invention further comprises a depressurizable preparatory chamber disposed via a partition that opens and closes adjacent to the film formation chamber, and the preparatory chamber includes the substrate and the film formation chamber. It is preferable to include at least one of a substrate advancing / retreating mechanism unit that advances and retreats between the chamber and a deposition source advancing / retreating mechanism unit that advances and retracts the linear deposition source between the preliminary chamber and the film forming chamber.
特許文献1に開示された装置では、基板を交換するたびに成膜室を大気開放する必要がある。成膜室を大気開放するためには、まず蒸着源を室温程度に冷却する必要がある。仮に蒸着源を冷却せずに成膜室を大気開放すれば、蒸着源に保持された膜原料が酸化してしまうので、次回の成膜時に使用することができず、また、成膜室内を構成する金属製の部品も酸化してしまう。そして、蒸着源を室温程度に冷却するには成膜時間の数十倍の時間を要する。
In the apparatus disclosed in
また、真空蒸着法を用いて直鎖状有機化合物からなる薄膜を基板に形成する際に、基板の温度を−130℃以下に冷却すれば、直鎖状有機化合物の分子の基板に対する平行配向性が高まることが知られている(特開2004−76108号公報)。一方、成膜室に配置した基板を−130℃以下に冷却した場合、冷却した基板をただちに大気に曝せば大気中の水分が基板上に氷結してしまう。そのために、基板の温度が室温に戻るまで、成膜室の大気開放に時間を掛けなければならないといった問題がある。 In addition, when a thin film made of a linear organic compound is formed on a substrate using a vacuum deposition method, if the temperature of the substrate is cooled to −130 ° C. or lower, the parallel orientation of the molecules of the linear organic compound with respect to the substrate is achieved. Is known to increase (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-76108). On the other hand, when the substrate placed in the film formation chamber is cooled to −130 ° C. or lower, moisture in the atmosphere freezes on the substrate if the cooled substrate is immediately exposed to the atmosphere. Therefore, there is a problem that it takes time to open the film formation chamber to the atmosphere until the temperature of the substrate returns to room temperature.
これに対して、本発明では、減圧可能な予備室が備えられているので、基板や蒸着源を予備室に退避させて徐冷等を施すことができる。また、このような予備室が備えられていることにより、蒸着源を高温な状態に維持したままで成膜室を大気開放させることなく、薄膜が形成された基板を予備室に取り出して、新たな基板を成膜室に搬入することができる。その結果、連続的な成膜が可能となり、一連の成膜処理に要する時間を大幅に短縮することができる。また、成膜時に基板を冷却した場合も、予備室内で基板の温度を室温に戻してから、基板を装置外に回収することができる。 On the other hand, in the present invention, since a preparatory chamber that can be depressurized is provided, it is possible to perform slow cooling or the like by retracting the substrate and the vapor deposition source into the preparatory chamber. In addition, by providing such a spare chamber, the substrate on which the thin film is formed is taken out to the spare chamber without opening the deposition chamber to the atmosphere while keeping the vapor deposition source in a high temperature state. A simple substrate can be carried into the deposition chamber. As a result, continuous film formation is possible, and the time required for a series of film formation processes can be greatly reduced. Even when the substrate is cooled during film formation, the substrate can be recovered outside the apparatus after the temperature of the substrate is returned to room temperature in the spare chamber.
また、本発明に係る薄膜形成装置において、前記基板が帯状のフィルム基板であり、さらに、前記成膜室は、前記フィルム基板を前記基板保持部に保持させながら、前記フィルム基板を挟み込んだ状態で閉じることができる基板導入口及び基板導出口を備え、前記成膜室の外部には、ロール状に巻回された前記フィルム基板を繰り出して、前記成膜室内に前記フィルム基板を供給する供給ローラと、前記成膜室内に供給された前記フィルム基板を前記成膜室外に回収してロール状に巻き取る巻取りローラと、を備えるような構成としても構わない。 Further, in the thin film forming apparatus according to the present invention, the substrate is a band-shaped film substrate, and the film forming chamber is further in a state where the film substrate is sandwiched while the film substrate is held by the substrate holding unit. A supply roller that includes a substrate inlet and a substrate outlet that can be closed, feeds the film substrate wound in a roll shape outside the film formation chamber, and supplies the film substrate into the film formation chamber And a take-up roller that collects the film substrate supplied into the film formation chamber outside the film formation chamber and winds the film substrate in a roll shape.
このような構成によれば、基板導入口と基板導出口とにおいてフィルム基板を挟み込んだ状態で成膜室内を閉じた空間とすることができるので、成膜時における成膜室内を上記の低真空度に維持することができる。なお、成膜室が短時間大気開放されても、ロータリポンプやターボ分子ポンプ等の真空ポンプを用いれば、低真空雰囲気を迅速に回復することが可能である。 According to such a configuration, since the film formation chamber can be closed with the film substrate sandwiched between the substrate introduction port and the substrate outlet port, the film formation chamber during film formation has the above-described low vacuum. Can be maintained at a time. Note that even when the film formation chamber is opened to the atmosphere for a short time, a low vacuum atmosphere can be quickly recovered by using a vacuum pump such as a rotary pump or a turbo molecular pump.
さらに、フィルム基板を搬送する基板搬送機構として、ロール状に巻回されたフィルム基板を繰り出して成膜室内にフィルム基板を供給する供給ローラと、成膜室内に供給されたフィルム基板を成膜室外に回収してロール状に巻き取る巻取りローラとを備えている。このように、基板搬送機構を成膜室外に設けることにより、成膜室として容易に減圧することができる容積として比較的に小さい容積の成膜室を使用することができる。また、基板搬送機構を成膜室外に設けることにより、基板の交換に要する時間を大幅に短縮することができるとともに、基板の前処理や薄膜の後処理のための装置を簡便に接続することができるので、連続的な成膜処理を効率的に行うことができる。 Further, as a substrate transport mechanism for transporting the film substrate, a supply roller that feeds the film substrate wound in a roll shape and supplies the film substrate into the film formation chamber, and the film substrate supplied into the film formation chamber outside the film formation chamber And a take-up roller that is collected in a roll shape. As described above, by providing the substrate transport mechanism outside the film formation chamber, a film formation chamber having a relatively small volume can be used as the volume that can be easily decompressed as the film formation chamber. In addition, by providing the substrate transfer mechanism outside the film formation chamber, the time required for substrate replacement can be greatly reduced, and an apparatus for substrate pretreatment or thin film posttreatment can be easily connected. Therefore, continuous film formation can be performed efficiently.
さらに、フィルム基板に対して所定の成膜を行った後に、基板導入口と基板導出口とにおけるフィルム基板を挟み込んでいる押圧力をわずかに開放するとともに、フィルム基板を巻き取るという一連の処理を繰り返すことによって、連続的にフィルムへの成膜を行うことができる。すなわち、供給ローラから繰り出されて巻取りローラへと回収される帯状のフィルム基板に対して連続的な成膜処理を効率的に行うことができる。 Furthermore, after a predetermined film formation is performed on the film substrate, a series of processes of slightly releasing the pressing force sandwiching the film substrate at the substrate inlet and the substrate outlet and winding the film substrate are performed. By repeating, the film can be continuously formed on the film. That is, it is possible to efficiently perform a continuous film forming process on the band-shaped film substrate that is fed from the supply roller and collected to the take-up roller.
なお、上述のとおり、従来の薄膜形成装置では、基板を交換するたびに成膜室を大気開放する必要があり、成膜室を大気開放するためには、まず蒸着源を室温程度に冷却する必要がある。仮に蒸着源を冷却せずに成膜室を大気開放すれば、蒸着源に保持された膜原料が酸化してしまう。膜原料が酸化すると、次の成膜時に使用することができず、また、成膜室内を構成する金属製の部品も酸化してしまう。さらに、蒸着源を室温程度に冷却するには成膜時間の数十倍の時間を要する。 Note that, as described above, in the conventional thin film forming apparatus, it is necessary to open the film forming chamber to the atmosphere every time the substrate is replaced. In order to open the film forming chamber to the air, first the deposition source is cooled to about room temperature. There is a need. If the film forming chamber is opened to the atmosphere without cooling the vapor deposition source, the film raw material held in the vapor deposition source is oxidized. When the film material is oxidized, it cannot be used at the time of the next film formation, and metal parts constituting the film formation chamber are also oxidized. Furthermore, it takes several tens of times as long as the film formation time to cool the vapor deposition source to about room temperature.
これに対して、本発明では、成膜時には成膜室内を閉じた空間とすることができるとともに、成膜後直ぐに基板搬送機構によって次に成膜するフィルム基板の導入と成膜後のフォルム基板の導出とを行うことができる。これにより、次のフィルム基板の成膜時において成膜後のフィルム基板の徐冷を行うことができ、連続的に薄膜形成処理を行うことができる。また、大きく大気開放することなく連続的な成膜処理を行うことができるので、膜原料が酸化してしまうこともない。 On the other hand, according to the present invention, the film formation chamber can be closed during film formation, and the film substrate to be formed next by the substrate transfer mechanism immediately after film formation and the form substrate after film formation are formed. Can be derived. Thereby, at the time of the film-forming of the next film substrate, the film substrate after film-forming can be annealed and a thin film formation process can be performed continuously. In addition, since a continuous film forming process can be performed without greatly releasing the air, the film material is not oxidized.
また、本発明に係る薄膜形成方法は、成膜室内で有機材料からなる膜原料を気化させて基板の成膜面に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、前記成膜室内に、前記基板を保持する基板保持部と、前記膜原料を収容する収容室を有し、貫通孔を有するとともに前記基板に配置されるマスクに向けて線状に開口する供給口が前記収容室に設けられた線状蒸着源と、前記収容室に収容される前記膜原料を加熱して気化させる加熱部と、前記線状蒸着源及び前記基板保持部の少なくとも一方を移動させる第1移動機構部と、前記成膜室内の真空度を制御する真空度制御部とが備えられており、前記第1移動機構部によって、前記マスクと前記供給口とを所定距離だけ離間させながら、前記基板の成膜面と平行な方向であって、かつ、前記線状蒸着源の長手方向に対して略直交する方向に、前記線状蒸着源及び前記基板保持部の少なくとも一方を移動させ、前記真空度制御部によって、前記供給口から前記成膜面までの長さが、前記膜原料の分子の分子量と前記成膜室の真空度とにより決定される前記膜原料の分子の平均自由行程よりも短くなるように、前記成膜室内の真空度を制御し、気化した前記膜原料の分子が存在する前記貫通孔と前記基板とによって構成される局所空間内の蒸気圧をPとし、気化した前記膜原料の分子の平衡蒸気圧をPeとしたときに、PとPeの対数比であるln(P/Pe)が0.1〜20となるように、前記線状蒸着源を配置するものである。 The thin film forming method according to the present invention is a thin film forming method for forming a thin film on a film forming surface of a substrate by vaporizing a film raw material made of an organic material in the film forming chamber, wherein the substrate is disposed in the film forming chamber. A substrate holding portion for holding the film raw material and a storage chamber for storing the film raw material, and a supply port that has a through hole and opens linearly toward the mask disposed on the substrate is provided in the storage chamber A linear deposition source, a heating unit that heats and vaporizes the film raw material housed in the housing chamber, a first moving mechanism unit that moves at least one of the linear deposition source and the substrate holding unit, and A vacuum degree control unit that controls the degree of vacuum in the film forming chamber, and the first moving mechanism unit separates the mask from the supply port by a predetermined distance, Parallel direction and the linear vapor deposition source At least one of the linear vapor deposition source and the substrate holder is moved in a direction substantially orthogonal to the longitudinal direction, and the length from the supply port to the film formation surface is adjusted by the vacuum degree controller. The film is vaporized by controlling the degree of vacuum in the film forming chamber so as to be shorter than the mean free path of the film source molecule determined by the molecular weight of the film raw material molecule and the degree of vacuum in the film forming chamber. P is the logarithm of P and Pe, where P is the vapor pressure in the local space formed by the through-holes in which the raw material molecules exist and the substrate, and Pe is the equilibrium vapor pressure of the vaporized film raw material molecules. The said linear vapor deposition source is arrange | positioned so that ln (P / Pe) which is ratio may be set to 0.1-20.
また、本発明に係る薄膜形成方法において、前記線状蒸着源及び前記基板保持部の少なくとも一方を移動させる移動方向において、前記線状蒸着源における前記マスクと対向する上端面の幅は、前記貫通孔の前記マスク側の開口幅よりも大きいことが好ましい。 Further, in the thin film forming method according to the present invention, in a moving direction in which at least one of the linear vapor deposition source and the substrate holding unit is moved, a width of an upper end surface facing the mask in the linear vapor deposition source is the through hole. It is preferable that it is larger than the opening width of the hole on the mask side.
この構成により、上述のように、成膜室内を低真空雰囲気となるように、また、過飽和度σを0.1〜20の範囲内となるように制御することにより、蒸着膜における分子の配向を垂直配向から平行配向まで容易に制御することができる。これにより、有機薄膜の生産性を向上させることができる。 With this configuration, as described above, the orientation of molecules in the deposited film is controlled by controlling the degree of supersaturation σ to be in the range of 0.1 to 20 so that the film forming chamber has a low vacuum atmosphere. Can be easily controlled from vertical alignment to parallel alignment. Thereby, the productivity of the organic thin film can be improved.
また、本発明に係る薄膜形成方法において、前記加熱部を、前記線状蒸着源と一体となって移動させることが好ましい。 In the thin film forming method according to the present invention, it is preferable that the heating unit is moved integrally with the linear vapor deposition source.
また、本発明に係る薄膜形成方法において、前記線状蒸着源の長手方向を法線とする平面における前記収容室の断面形状は、前記供給口に向かって先細な形状であることが好ましい。 Moreover, in the thin film formation method according to the present invention, it is preferable that a cross-sectional shape of the storage chamber in a plane having a normal direction in the longitudinal direction of the linear vapor deposition source is a tapered shape toward the supply port.
また、本発明に係る薄膜形成方法において、前記成膜室内に、さらに、第2移動機構部が備えられており、前記第2移動機構部は、前記基板保持部及び前記線状蒸着源の少なくとも一方を、前記成膜面と略直交する方向に移動させるように構成しても構わない。 Further, in the thin film forming method according to the present invention, a second moving mechanism unit is further provided in the film forming chamber, and the second moving mechanism unit includes at least the substrate holding unit and the linear vapor deposition source. One may be configured to move in a direction substantially perpendicular to the film formation surface.
また、本発明に係る薄膜形成方法において、前記成膜室に隣接し開閉する仕切りを介して配置される減圧可能な予備室を備え、前記予備室には、基板進退機構部及び蒸着源進退機構部の少なくとも一つが備えられており、前記基板進退機構部によって、前記基板を前記予備室と前記成膜室との間を進退させ、前記蒸着源進退機構部によって、前記線状蒸着源を前記予備室と前記成膜室との間を進退させるように構成しても構わない。 The thin film forming method according to the present invention further includes a depressurizable preparatory chamber disposed via a partition that opens and closes adjacent to the film formation chamber, and the preparatory chamber includes a substrate advance / retreat mechanism section and a deposition source advance / retreat mechanism. At least one part is provided, the substrate advance / retreat mechanism part moves the substrate forward and backward between the preliminary chamber and the film formation chamber, and the deposition source advance / retreat mechanism part moves the linear deposition source to the You may comprise so that it may advance / retreat between a reserve chamber and the said film-forming chamber.
また、本発明に係る薄膜形成方法において、前記基板が帯状のフィルム基板であり、前記成膜室は、前記フィルム基板を前記基板保持部に保持させながら、前記フィルム基板を挟み込んだ状態で閉じることができる基板導入口及び基板導出口を備えられており、前記成膜室の外部には、ロール状に巻回された前記フィルム基板を繰り出して前記成膜室内に供給する供給ローラと、前記成膜室内に供給された前記フィルム基板を前記成膜室外に回収してロール状に巻き取る巻取りローラとが備えられており、前記供給ローラから供給される前記フィルム基板を前記基板導入口から前記成膜室内に導入して前記フィルム基板に薄膜を形成し、連続して、薄膜が形成された前記フィルム基板を前記基板導出口から前記成膜室外に導出して前記巻取りローラによって回収するように構成しても構わない。 Further, in the thin film forming method according to the present invention, the substrate is a band-shaped film substrate, and the film forming chamber is closed with the film substrate being sandwiched while the film substrate is held by the substrate holding portion. A substrate introducing port and a substrate outlet port, and a supply roller that feeds out the film substrate wound in a roll shape and supplies the film substrate to the film forming chamber, and the substrate forming port. A winding roller that collects the film substrate supplied into the film chamber outside the film formation chamber and winds the film substrate in a roll, and the film substrate supplied from the supply roller is supplied from the substrate introduction port to the film substrate. A thin film is formed on the film substrate by introducing the film substrate into the film forming chamber, and the film substrate on which the thin film is formed is continuously led out of the film forming chamber through the substrate outlet. It may be configured to be recovered by over La.
以下、本発明に係る薄膜形成装置及び薄膜形成方法について、実施形態に基づいて図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a thin film forming apparatus and a thin film forming method according to the present invention will be described based on embodiments with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態に係る薄膜形成装置の構成について、図1を用いて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る薄膜形成装置の構成を示す一部断面図であり、薄膜形成の準備段階における構成を示す図である。(First embodiment)
First, the configuration of the thin film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a configuration of a thin film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention, and is a diagram showing a configuration in a preparation stage for forming a thin film.
図1に示すように、本実施形態に係る薄膜形成装置100は、成膜室2と、ホルダ3と、鉛直移動機構4と、蒸着源5と、ヒータ6と、水平移動機構7と、真空度制御部(不図示)とを備える。薄膜形成装置100は、真空蒸着により基板S上に薄膜を形成する装置であり、蒸着源5から気化させた膜原料を基板Sの成膜面S1に付着させて薄膜を形成するものである。
As shown in FIG. 1, a thin
本実施形態において、ホルダ3は、鉛直移動機構4によって、成膜室2内において上下に昇降可能なように構成されている。また、蒸着源5は、水平移動機構7によって、成膜室2内において左右に水平移動可能なように構成されている。真空度制御部は、成膜室2内の真空度を制御するものであり、例えば、ロータリポンプ又はターボ分子ポンプとを組み合わせた複合排気系と真空計等からなる。
In the present embodiment, the
以下、薄膜形成装置100の各構成要素について詳細に説明する。
Hereinafter, each component of the thin
まず、成膜室2について説明する。成膜室2は、真空ポンプ等の真空制御部により、内部に所定の真空雰囲気を形成可能に構成されている。すなわち、成膜室2内の真空度は、真空制御部によって制御される。
First, the
本実施形態において、成膜室2内の真空度は、蒸着源5の供給口52から基板Sの成膜面S1までの長さが、膜原料の分子量と成膜室2の真空度とにより決定される膜原料の分子の平均自由行程よりも短くなるように制御される。例えば、真空ポンプによって、薄膜形成において基板Sの成膜面S1と蒸着源5の供給口52との間隔が膜原料の分子の平均自由行程以下になるように減圧される。このような成膜室2内の真空度の一例として、例えば、膜原料が、直鎖状の炭素骨格を有する有機材料であって、その分子量が700〜800程度の化合物である場合、0.3〜1[Pa]程度である。なお、本実施形態において、成膜室2内の温度は特段調整されておらず、室温程度の温度になっている。
In this embodiment, the degree of vacuum in the
また、成膜室2内には、成膜室2の高さ方向における中央付近に、シャッタ21が設けられている。シャッタ21は、開閉駆動部(不図示)によりスライドされて、図1に示すように、ホルダ3と蒸着源5との間を遮蔽した状態とすることができる。また、後述するように、薄膜形成時においては、図5に示すように、開閉駆動部によってシャッタ21を退避させて蒸着源5とホルダ3とを近接させるようにしている。
A
次に、ホルダ3について説明する。ホルダ3は、基板Sを保持する基板保持部である。本実施形態におけるホルダ3は、平面視形状が略四角形である板部31と、板部31の縁部下面に設けられた固定爪32とから構成される。そして、基板Sをその下面にマスクMを密着させてマスクMを固定爪32で押さえた状態で、固定爪32と板部31とをねじ(図示せず)止めして固定している。
Next, the
また、ホルダ3は、ホルダ装着部42に着脱可能なように装着されている。ホルダ装着部42は、押しボルト421、引きボルト422、2枚のホルダ装着板424、及び、2枚のホルダ装着板424の間に介在する球面軸受423等により構成されている。引きボルト422によってホルダ装着板424とホルダ3の板部31とが固定され、さらに、押しボルト421と引きボルト422との調整によって、ホルダ3の傾斜を調整し、移動する蒸着源5との間隔が一定になるよう調整可能となっている。一方、ホルダ装着部42の上面中央には、鉛直移動機構4のアーム41が設けられている。
The
次に、鉛直移動機構4について説明する。鉛直移動機構4は、ホルダ3及び蒸着源5の少なくとも一方を基板Sの成膜面S1と略直交する方向(鉛直方向)に移動させる第2移動機構部である。本実施形態において、鉛直移動機構4は、ホルダ3が上下方向に昇降できるように構成されている。具体的に、鉛直移動機構4は、鉛直に延びる円柱形のアーム41を備えており、アーム41には、当該アーム41を昇降させるための昇降駆動部(不図示)が備えられている。
Next, the
鉛直移動機構4により、ホルダ3が上下動すると、基板S及びマスクMが互いに密着した状態でホルダ3と共に成膜室2内を上下動する。
When the
なお、鉛直移動機構4に、ペルチェ素子、クライオスタット又は液体窒素ガス源等の冷却装置を設けることによって、ホルダ3を冷却できるように構成してもよい。また、鉛直移動機構4にヒータを設けることによって、ホルダ3を加熱できるように構成してもよい。鉛直移動機構4に冷却装置を設けることによって、ホルダ3を介して基板Sが冷却されて、温度と蒸着速度とにより支配される膜原料の成膜面S1に対する分子の配向を制御することができる。さらに、鉛直移動機構4にヒータを設けることによって、冷却されて温度が低下した基板Sを加熱することができ、基板Sの温度を迅速に室温に戻すことも可能となる。
In addition, you may comprise so that the
ここで、本実施形態で用いられる基板Sについて説明する。基板Sは、薄膜を形成するための薄膜形成用基板である。本実施形態における基板Sは、等厚な平板状のものであり、平面視形状が四角形に形成されたものを使用している。具体的な基板Sとしては、例えば、樹脂製フィルム基板、シリコン基板、石英基板が用いられる。基板SのマスクM側の面は、薄膜が形成される成膜面S1であり、本実施形態において、成膜面S1には電極として機能するメタルパターンが形成されている。 Here, the substrate S used in this embodiment will be described. The substrate S is a thin film forming substrate for forming a thin film. The substrate S in this embodiment is a flat plate having an equal thickness, and a substrate having a square shape in plan view is used. As the specific substrate S, for example, a resin film substrate, a silicon substrate, or a quartz substrate is used. The surface on the mask M side of the substrate S is a film formation surface S1 on which a thin film is formed. In this embodiment, a metal pattern that functions as an electrode is formed on the film formation surface S1.
次に、本実施形態で用いられるマスクMについて、図1とともに図2を用いて説明する。図2は、本発明の第1の実施形態に係る薄膜形成装置で用いられるマスクMの平面図である。 Next, the mask M used in this embodiment will be described with reference to FIG. 2 together with FIG. FIG. 2 is a plan view of a mask M used in the thin film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図1に示すように、マスクMは、平板状のマスクであって、一方の面(上面)が基板Sの成膜面S1に密接又は近接するように配置され、その一方の面とは反対側の面である他方の面(下面)が蒸着源5に対向するように配置される。
As shown in FIG. 1, the mask M is a flat mask, and is disposed so that one surface (upper surface) thereof is in close contact with or close to the film formation surface S1 of the substrate S, and is opposite to the one surface. It arrange | positions so that the other surface (lower surface) which is a side surface may oppose the
さらに、図1及び図2に示すように、マスクMは、一方の面から他方の面まで貫通するように構成された複数の貫通孔M1を有する。すなわち、貫通孔M1は、マスクMの厚さ方向に貫通するように形成されている。なお、本実施形態において、マスクMには複数の貫通孔M1が設けられているが、貫通孔M1は1つであっても構わない。 Furthermore, as shown in FIGS. 1 and 2, the mask M has a plurality of through holes M <b> 1 configured to penetrate from one surface to the other surface. That is, the through hole M1 is formed so as to penetrate in the thickness direction of the mask M. In the present embodiment, the mask M is provided with a plurality of through holes M1, but the number of through holes M1 may be one.
また、図1及び図2に示すように、本実施形態におけるマスクMは、側周面に段部が形成された平板であり、直径1mm程の円柱状の貫通孔M1が、互いの孔中心間の距離が2mm程となるように、縦横に6個ずつ計36個形成されている。なお、マスクMの材料としては、例えば、石英、セラミックス又は金属等で構成することができる。また、貫通孔M1の形状も円柱状に限らない。 As shown in FIGS. 1 and 2, the mask M in the present embodiment is a flat plate having a stepped portion on the side peripheral surface, and a cylindrical through-hole M1 having a diameter of about 1 mm is formed at the center of each other. A total of 36 pieces are formed vertically and horizontally so that the distance between them is about 2 mm. In addition, as a material of the mask M, it can comprise with quartz, ceramics, a metal, etc., for example. Further, the shape of the through hole M1 is not limited to a cylindrical shape.
次に、蒸着源5について、図1とともに図3を用いて説明する。図3は、本発明の第1の実施形態に係る薄膜形成装置における蒸着源5の構成を示す斜視図である。
Next, the
図1及び図3に示すように、蒸着源5は、成膜室2の下部に配置され、膜原料が収容される収容室51を有する蒸着源であって、所定の長さの線状形状(長尺状)をなす線状蒸着源である。さらに、蒸着源5は、図3に示すように、収容室51の上端部に、マスクMに向けて開口する供給口52が設けられた容器を構成している。供給口52は、線状の長溝(スリット)である。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
本実施形態において、蒸着源5の長手方向における供給口52の長さLは、基板Sの幅(図1における奥行き方向の長さ)と同じ長さとなるように構成されている。また、蒸着源5は、例えば、ガラス製の長尺状のるつぼからなる本体と、その外表面を覆うように形成された、熱伝導性の高い金属(銅、アルミニウム又はSUS等)からなる薄板とで構成されている。なお、収容室51に収容される膜原料としては、有機薄膜を形成するための膜原料が用いられ、上述の膜原料が用いられる。
In the present embodiment, the length L of the
また、本実施形態において、蒸着源5の長手方向を法線とする平面における収容室51の断面形状は、収容室51の底面から供給口52に向かって先細な形状である。すなわち、蒸着源5の収容室51は、供給口52に向かって(マスクMに向かって)開口幅が狭まっていくように構成されている。
In the present embodiment, the cross-sectional shape of the
次に、ヒータ6について説明する。ヒータ6は、蒸着源5を加熱する蒸着源加熱機構として機能し、蒸着源5の収容室51に収容される膜原料を加熱して気化させる加熱部である。ヒータ6としては、例えば、セラミックヒータを用いることができる。
Next, the
本実施形態において、ヒータ6は、蒸着源5の下部において、蒸着源5の容器の裏面に密着して配置されている。これにより、ヒータ6は、蒸着源5と一体となって移動するように構成されている。
In the present embodiment, the
また、ヒータ6は、蒸着源5と同様に、長尺状に構成されている。これにより、基板Sの大型化(大判化)に従って、ヒータ6を大型化(大面積化)する必要がなくなるので、ヒータ6の大型化に伴う温度不均一性(温度ムラ)の発生を抑制することができる。これにより、基板面内における膜厚や膜質のばらつきの発生を抑制することができる。
The
ヒータ6に電力を投入することにより蒸着源5を加熱することができる。これにより、収容室51内の膜原料が加熱されて気化し、気化した膜原料の分子が供給口52から外部に向かって放出される。なお、ヒータ6は、蒸着源5を高速に昇温することができるように構成されており、本実施形態においては、蒸着源5を3分で300℃まで昇温することができる。
The
次に、水平移動機構7について、図1とともに図4を用いて説明する。図4は、本発明の第1の実施形態に係る薄膜形成装置における水平移動機構の構成を示す平面図である。
Next, the
図1及び図4に示すように、水平移動機構7は、基板Sの成膜面S1と平行な方向であって、かつ、蒸着源5の長手方向に対して略直交する方向に、蒸着源5を移動させる蒸着源移動機構(第1移動機構部)である。
As shown in FIGS. 1 and 4, the
図1に示すように、ヒータ6が密着して配置された蒸着源5は、水平移動機構7に支持され、矢印Aに示す方向に水平移動可能とされている。
As shown in FIG. 1, the
図4に示すように、水平移動機構7は、モータ74、カップリング75、送りネジ72、水平方向に伸びるガイド71(レール部材)及びステージ73等により構成されている。蒸着源5がヒータ6とともにステージ73に固定され、水平移動機構7によって、矢印A方向に移動する。
As shown in FIG. 4, the
本実施形態に係る薄膜形成装置100は、さらに、蒸着源5からの膜原料の気化状態を計測するために2個の膜厚計131、132を備えている。これらの膜厚計131、132は水晶振動子を備えており、水晶振動子上に堆積した膜原料の質量に応じて変化した共振周波数の変化を検出することにより、膜厚を測定するものである。膜厚計131は、基板Sの幅方向に沿って移動可能に構成されており、成膜前における蒸着レートを設定する。また、膜厚計132は、成膜時における蒸着状況を監視する。
The thin
本実施形態に係る薄膜形成装置100には、さらに、図示しない制御部が設けられており、当該制御部により、ホルダ3の上下駆動、蒸着源5の水平駆動又はヒータ6の昇熱等が制御される。なお、蒸着源5の水平駆動の制御には、一定速度での水平移動だけでなく、蒸着面積の制御や、所期の位置における停止・発進の制御も含まれる。
The thin
本発明の第1の実施形態に係る薄膜形成装置100は、以上のように構成される。次に、基板Sに薄膜を形成する場合について、図5を用いて説明する。図5は、本発明の第1実施形態に係る薄膜形成装置の一部断面図であり、薄膜形成の成膜時における構成を示す図である。
The thin
図5に示すように、成膜時では、成膜室2内のシャッタ21が退避させられ、マスクMと蒸着源5とが近接するように、ホルダ3に保持された基板S及びマスクMが、鉛直移動機構4によって下降させられる。この時、本実施形態では、蒸着源5の供給口52とマスクMとが所定距離だけ離間して配置され、蒸着源5の供給口52とマスクMの間には、図5に示すように、成膜室2内の真空度に応じて隙間L1が設定されている。
As shown in FIG. 5, at the time of film formation, the
このように、蒸着源5の供給口52とマスクMとを隙間L1だけ離間して配置することにより、蒸着源5は、水平移動機構7によって、基板Sの成膜面S1と平行な方向であって、かつ、蒸着源5の長手方向に対して略直交する方向に、水平移動することができる。
Thus, by disposing the
さらに、この隙間L1は、上述したように、蒸着源5から気化した膜原料が均一な蒸気圧雰囲気を形成する緩和層として機能する。そして、この緩和層を経由した膜原料が貫通孔M1内へと移動することにより、基板S上に形成される薄膜の膜厚や膜質を均一にすることができる。
Further, as described above, the gap L1 functions as a relaxation layer in which the film raw material evaporated from the
次に、本発明の第1の実施形態に係る薄膜形成装置100を用いた薄膜形成方法について、図6を用いて説明する。図6は、本発明の第1の実施形態に係る薄膜形成装置100を用いて薄膜形成を行う際のフローチャートである。以下、図1及び図5を参照しながら、図6を用いて、基板Sの成膜面S1上に薄膜を形成する手順を説明する。
Next, a thin film forming method using the thin
まず、初期設定ステップ(S101)について説明する。初期設定ステップでは、図1に示すように、鉛直移動機構4によってホルダ3を最上位置に上昇させ、シャッタ21をホルダ3と蒸着源5との間に挿入した状態で、真空ポンプで成膜室2内を所定の真空雰囲気に減圧する。このとき、ホルダ3には成膜処理前の基板SとマスクMが固定されており、蒸着源5の収容室51には膜原料が収容されている。
First, the initial setting step (S101) will be described. In the initial setting step, as shown in FIG. 1, the
次に、ヒータ6の加熱を行うヒータ加熱ステップ(S102)について説明する。ヒータ加熱ステップでは、まず、ヒータ6によって膜原料が気化しない温度で蒸着源5(収容室51)を予熱し、膜原料の乾燥や不純物の除去のためのベーク処理を行う。その後、膜厚計131を用いて膜原料の気化状態から蒸着レートを計測する。このとき、膜厚計131で計測した蒸着レートが予め設定した蒸着レートに到達しているかどうかを判別し(ステップS103)、到達していなければ予め設定した蒸着レートになったことが確認されるまで加熱を続ける(ステップS103でNO)。一方、蒸着レートが所定の値に達したならば(ステップS103でYES)、シャッタ21を退避さる(ステップS104)。
Next, the heater heating step (S102) for heating the
シャッタ21を退避させた後は、図5に示すように、鉛直移動機構4によってホルダ3を下降させることにより、マスクMの下面と蒸着源5の上端面とが微小距離だけ離間させた状態となるように、マスクMと蒸着源5とを近接させる(ステップS105)。この際、蒸着源5がマスクMの端部(図5において、向かって右端)に対向して配置するように、蒸着源5を移動させる(ステップS106)。
After the
次に、水平移動機構7によって蒸着源5を所定の速度で水平移動させて(ステップS107)、各貫通孔M1内に露出した基板Sの成膜面S1に対して膜原料を付着させ、基板Sの成膜面S1の所定領域において所定の膜厚の薄膜が形成されるまで成膜を続ける(ステップS107でNO)。なお、本実施形態において、蒸着源5は、1〜10[mm/s]の速度で水平移動させた。
Next, the
この際、蒸着源5が所定の貫通孔M1の下に移動すると、貫通孔M1は、基板Sの成膜面S1と蒸着源5の上端面又は収容室51の底面との間でほぼ閉ざされて、局所的な閉じた反応系を形成する。
At this time, when the
一方、成膜時において、蒸着源5の収容室51に収容された膜原料は、ヒータ6の熱を受けて気化し、収容室51から供給口52へと飛散気化して蒸着源5とマスクMとの間の隙間L1の領域に移行し、この隙間において均一な蒸気圧雰囲気を形成した後、貫通孔M1内に拡散する。
On the other hand, during film formation, the film raw material stored in the
このとき、貫通孔M1内は、上述のとおりほぼ閉じた狭小空間であるので、膜原料の蒸気圧が飽和蒸気圧を上回り、過飽和度σが0を超えた状態となる。このため、膜原料の気相から固相への相転移が進み、蒸着速度が十分大きい場合は、膜原料が棒状分子であれば平行配向が促進され、膜原料が面状分子であれば垂直配向が促進される。また、蒸着速度がより速い場合は、アモルファス化又は微結晶化が進行することが可能な状態になっている。 At this time, since the inside of the through hole M1 is a narrow space that is substantially closed as described above, the vapor pressure of the film material exceeds the saturated vapor pressure, and the supersaturation degree σ exceeds zero. For this reason, when the film raw material undergoes a phase transition from the gas phase to the solid phase and the deposition rate is sufficiently high, parallel orientation is promoted if the film raw material is a rod-like molecule, and vertical if a film raw material is a planar molecule. Orientation is promoted. In addition, when the deposition rate is faster, it is in a state where amorphization or microcrystallization can proceed.
ここで、上記のステップS106からステップS107における薄膜形成時の様子について、図7を用いて説明する。図7は、本発明の第1の実施形態に係る薄膜形成装置100において、成膜時における蒸着源とマスクMとの位置関係を示す図である。なお、図7(a)〜図7(c)は、蒸着源5がマスクMの貫通孔M1の近傍を通過するときの様子を示したものである。
Here, the state at the time of forming a thin film in steps S106 to S107 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram showing the positional relationship between the evaporation source and the mask M during film formation in the thin
図7(a)に示すように、本実施形態では、蒸着源5の供給口52を挟んでその両側に位置する両上端面の幅W1が、貫通孔M1の開口幅(開口直径)W2よりも大きくなるように構成されている。すなわち、供給口52の幅W1が貫通孔M1の開口幅W2(本実施形態では1mm)より大きい。
As shown in FIG. 7A, in this embodiment, the width W1 of both upper end surfaces located on both sides of the
この場合、図7(a)〜図7(c)に示すように、蒸着源5の供給口52が特定の1つの貫通孔M1の開口部分を通過させると、供給口52の幅W1が貫通孔M1の開口幅W2よりも大きいので、図7(a)〜図7(c)に示される特定の貫通孔Mに対して、蒸着開始時から蒸着終了時まで一貫して、蒸着源5の上端面によって貫通孔M1における内部と外部との連絡が阻害される。したがって、貫通孔M1内には化学的に閉じた反応系が形成される。
In this case, as shown in FIGS. 7A to 7C, when the
このようにすることにより、貫通孔M1内に、急な温度勾配を生成させることができる。例えば、膜原料としてノルマルアルカンを用いて蒸着する場合、貫通孔M1内の下方部(蒸着源5側)では高温(120℃〜180℃程度)となり、貫通孔M1内の上方部(基板S側)では低温(50℃程度以下)になっている。これにより、蒸着レートを大きくなって過飽和度σを大きくすることができるので、分子が平行配向となった薄膜を容易に形成することができる。なお、この場合、配向性を高めるために、さらに基板Sを室温以下に冷却してもよい。これにより、過飽和度σをさらに大きくすることができる。
By doing so, a steep temperature gradient can be generated in the through hole M1. For example, when vapor deposition is performed using normal alkane as a film material, the lower part in the through hole M1 (
特に、ステップS105においてホルダ3を下降した直後は、基板Sの温度が成膜室2内の雰囲気温度(本実施形態においては室温)となっており、また、蒸着源5の温度が100℃〜150℃程度となっている。したがって、このときに、貫通孔M1内における上方部(基板S側)と下方部(蒸着源5側)とに著しく急峻な温度勾配が生成される。このような急峻な温度勾配を生成させることにより、蒸着源5から放出された膜原料は、貫通孔M1内で最も温度が低い基板Sの成膜面S1に付着し、成膜面S1に対して効率よく堆積していく。
In particular, immediately after the
また、膜材料が気化して基板Sの成膜面S1に付着して成膜される様子について、図8A及び図8Bを用いて詳細に説明する。図8Aは、本発明の第1の実施形態に係る薄膜形成装置100において、膜原料が気化して基板Sに薄膜として形成される様子を説明するための図である。図8Bは、本発明の第1の実施形態に係る薄膜形成装置100において、成膜時における蒸着源5の斜視図である。
Further, how the film material is vaporized and deposited on the film formation surface S1 of the substrate S will be described in detail with reference to FIGS. 8A and 8B. FIG. 8A is a view for explaining how the film raw material is vaporized and formed as a thin film on the substrate S in the thin
図8Aに示すように、蒸着源5の収容室51に収容された膜原料は、ヒータ6によって加熱されて気化して昇華分子となる。
As shown in FIG. 8A, the film raw material accommodated in the
このとき、図8Aに示すように、本実施形態における収容室51の断面形状が、収容室51の底面から供給口52に向かって先細形状、すなわち、収容室51の底面から供給口52に向かって開口幅が徐々に狭まっている形状である。
At this time, as shown in FIG. 8A, the cross-sectional shape of the
したがって、気化した膜原料は、供給口52から直ぐに外部に放出されるのではなく収容室51内に一時滞留することになる。これにより、収容室51内には固相と気相との平衡状態が一旦生成されることになり、膜原料は、収容室51内で均一な気化状態となる。このため、仮に膜原料のスプラッシュや崩落が起こったとしても、直ちに膜原料が収容室51外に放出されないので、収容室51内で気化状態を均一化することができる。
Therefore, the vaporized film raw material is temporarily released in the
その後、収容室51内で均一な気化状態となった膜原料は、図8A及び図8Bに示すように、供給口52から基板Sに向けて放出され、蒸着源5の上端面とマスクMの下面との間の隙間L1の領域に拡散する。気化した膜原料の分子は、この隙間領域においてさらに均一な蒸気圧雰囲気となり、貫通孔M1の内部へと進入する。
Thereafter, the film raw material in a uniform vaporized state in the
このとき、マスクMと蒸着源5とが近接されているので、貫通孔M1内は、上述のとおり、ほぼ閉じた狭小空間である局所空間となっている。これにより、貫通孔M1内における膜原料の蒸気圧が飽和蒸気圧を上回り、基板S及び貫通孔M1で構成される局所空間内における気化分子の過飽和度σが0を超えた状態となる。このため、膜原料は、気相から固相へと相転移が進み、基板Sの成膜面S1に付着して薄膜として成膜される。また、マスクMと蒸着源5とが近接させることによって、近接させない場合の従来の薄膜形成装置と比較して蒸着レートを100倍程度も速くすることができる。これにより、過飽和度σを容易に大きくすることができるので、分子が平行配向となった薄膜を容易に形成することができる。
At this time, since the mask M and the
このように、薄膜の膜厚や膜質のばらつきが抑制され、均一な膜厚や膜質を有する高品位な薄膜を形成することができるとともに、薄膜分子の配向が垂直配向から平行配向までとなるように容易に制御することができる。 In this way, variations in thin film thickness and film quality are suppressed, so that a high-quality thin film having a uniform film thickness and film quality can be formed, and the alignment of thin film molecules is from vertical alignment to parallel alignment. Can be easily controlled.
また、隙間L1の距離を調整することによって、局所空間内における気化した膜原料の過飽和度σを0.1〜20までの広い範囲で制御することができる。これにより、成膜された蒸着膜における分子の配向を、垂直配向から平行配向まで容易に制御することができる。なお、隙間L1は、0〜5mm程度とすることができ、本実施形態では、2mmとした。 Further, by adjusting the distance of the gap L1, the supersaturation degree σ of the vaporized film material in the local space can be controlled in a wide range from 0.1 to 20. Thereby, the orientation of molecules in the deposited film can be easily controlled from the vertical orientation to the parallel orientation. Note that the gap L1 can be set to about 0 to 5 mm, and is set to 2 mm in the present embodiment.
さらに、本実施形態における蒸着源5は、図8Bに示すように、長尺状の線状蒸着源を用いている。これにより、蒸着源5の収容室51の長手方向に膜原料を均一に配置することで、図8Bに示すように、蒸着源5の長手方向において均一に、気化した膜原料を供給口52から基板Sに向けて放出させることができる。これにより、基板Sの成膜面S1と平行な方向であって、蒸着源5の長手方向(移動方向と直交する方向)においても、膜厚の膜厚や膜質のばらつきがさらに抑制され、より均一な膜厚や膜質を有する高品位な薄膜を形成することができる。
Furthermore, the
このように、蒸着源5を基板Sの一方の端部から他方の端部に向かって移動させることによって、マスクMにおける全ての貫通孔M1に対応する薄膜を、基板Sの成膜面S1に形成することができる。
Thus, by moving the
図6に戻り、この場合、基板Sの成膜面S1に堆積した膜原料の厚さは膜厚計132により監視されており、蒸着源5は、膜厚計132に堆積した膜原料(基板Sに形成された薄膜)が所定の厚さに達するまで往復運動を繰り返す(ステップS107でNO)。
Returning to FIG. 6, in this case, the thickness of the film material deposited on the film formation surface S <b> 1 of the substrate S is monitored by the
基板Sの所定領域に所定の膜厚の薄膜が形成されると(ステップS107でYES)、ヒータ6の加熱を停止するとともに、ホルダ3を所定位置まで上昇させる(ステップS108)。その後、図5に示すように、シャッタ21をホルダ3と蒸着源5との間に挿入する(ステップS109)。
When a thin film having a predetermined thickness is formed in a predetermined region of the substrate S (YES in step S107), heating of the
以上の工程により、本実施形態における薄膜形成が終了する。このように、本実施形態に係る薄膜形成装置100を用いた薄膜形成方法によれば、貫通孔M1のパターン形状と鏡面パターンとなる薄膜を、基板Sの成膜面S1に、均一な膜厚及び膜質で、短時間に効率よく形成することができる。
Through the above steps, the thin film formation in this embodiment is completed. As described above, according to the thin film forming method using the thin
以上、本発明の第1の実施形態に係る薄膜形成装置100は、線状の蒸着源5を用いて、基板Sに配置したマスクMと蒸着源5とを所定距離だけ離間させた状態で、蒸着源5を移動させながら膜原料を基板Sに蒸着させるものである。さらに、本実施形態に係る薄膜形成装置100は、成膜室2内の真空度を低真空雰囲気状態とし、マスクMの貫通孔M1内の過飽和度σが0.1〜20となるように蒸着源とマスクMとの距離を制御するものである。
As described above, the thin
これにより、基板Sの大きさによらず基板Sの成膜面S1全体にわたり薄膜を形成することができる。従って、大型の基板であっても、膜厚や膜質のばらつきが抑制され、均一な膜厚や膜質を有する高品位な薄膜を形成することができる。 Thereby, a thin film can be formed over the entire film-forming surface S1 of the substrate S regardless of the size of the substrate S. Therefore, even for a large substrate, variations in film thickness and film quality are suppressed, and a high-quality thin film having a uniform film thickness and film quality can be formed.
さらに、本実施形態では、基板S及び貫通孔M1で構成される局所空間内における気化した膜原料の過飽和度σを0.1〜20までの広い範囲で制御することができることから、成膜された薄膜における分子の配向を、垂直配向から平行配向まで容易に制御することができる。 Furthermore, in this embodiment, since the supersaturation degree σ of the vaporized film material in the local space formed by the substrate S and the through hole M1 can be controlled in a wide range from 0.1 to 20, the film is formed. The molecular orientation in the thin film can be easily controlled from the vertical orientation to the parallel orientation.
また、本実施形態では、上述のとおり、成膜時においても、蒸着源5とマスクMとは微小距離だけ離間しているので、蒸着源5とマスクMとは接触(密着)しない。これにより、熱伝導による基板温度上昇を抑制するために、マスクMに断熱性を持たせる必要がない。このため、マスクMの構成部材を安価なものとすることができるので、成膜コストを低減することができる。
In the present embodiment, as described above, the
次に、本発明の第1の実施形態に係る薄膜形成装置100を用いて実際に薄膜を形成したときの実験結果について、図9A及び図9Bを用いて説明する。図9Aは、本発明の第1の実施形態に係る薄膜形成装置100(本発明)及び特許文献1に記載された薄膜形成装置(比較例)を用いて、それぞれ薄膜を形成したときにおける膜厚のばらつきを示した図である。図9Bは、そのときに用いたマスクMと測定ポイントを示す図である。なお、「本発明」と「比較例」とにおいては、いずれも図9Bに示す同じマスクMを用いている。また、「本発明」及び「比較例」では、それぞれ3つの試料を用い、かつ、いずれも膜厚が300nmの薄膜を形成した。
Next, experimental results when a thin film is actually formed using the thin
この実験において使用したマスクMは、図9Bに示すように、φ1mmで深さ(高さ)2mmのパターン開口を有する貫通孔Mが、2mmのピッチで6×6のマトリクス状に36個設けられたものである。また、測定ポイントは、図9Bに示すように、4つのコーナーの測定ポイント(P1、P2、P4、P5)及び1つのセンターの測定ポイントP3の合計5つとした。なお、各測定ポイントにおける膜厚の測定は、接触式膜厚計を用いて行った。 As shown in FIG. 9B, the mask M used in this experiment is provided with 36 through-holes M having a pattern opening of φ1 mm and depth (height) of 2 mm in a 6 × 6 matrix at a pitch of 2 mm. It is a thing. Further, as shown in FIG. 9B, the number of measurement points is set to five in total: four corner measurement points (P1, P2, P4, P5) and one center measurement point P3. The film thickness at each measurement point was measured using a contact-type film thickness meter.
図9Aは、その膜厚の測定結果を示したものである。図9Aに示すように、比較例における薄膜形成装置によって形成された薄膜については、膜厚が100〜300nmとなり、ばらつきが大きいことが分かった。 FIG. 9A shows the measurement result of the film thickness. As shown to FIG. 9A, about the thin film formed with the thin film formation apparatus in a comparative example, the film thickness became 100-300 nm, and it turned out that the dispersion | variation is large.
これに対し、本発明における薄膜形成装置100によって形成された薄膜については、膜厚が290〜310nmとなり、設定膜厚300nmに対して±5%以下の均一性の高い膜厚を形成することができることが分かった。
In contrast, the thin film formed by the thin
次に、本発明の第1の実施形態に係る薄膜形成装置100によって実際に成膜した薄膜における分子の配向状態について、図10、図11A、図11B、図12A及び図12Bを用いて説明する。
Next, the molecular orientation state in the thin film actually formed by the thin
図10は、本発明の第1の実施形態に係る薄膜形成装置100によって薄膜を形成したときの実施例において使用した膜原料の結晶構造を説明するための図である。図10において、a軸、b軸、c軸は、それぞれ単位格子ベクトルを表しており、また、αはb軸とc軸とのなす角、βはc軸とa軸とのなす角、γはa軸とb軸とのなす角を表している。
FIG. 10 is a view for explaining the crystal structure of the film material used in the example when the thin film is formed by the thin
図10に示すように、本実施例では、膜原料として、炭素直鎖からなる直鎖状の分子の一例であるノルマルアルカン(C22H46)を用いた。ノルマルアルカンは、三斜晶系の結晶構造であり、a軸方向の一辺の長さが0.4228[nm]で、b軸方向の一辺の長さが0.4828[nm]で、c軸方向の一辺の長さが2.9552[nm]で、αが86.424[°]で、βが70.775[°]で、γが72.199[°]である棒状分子である。As shown in FIG. 10, in this example, normal alkane (C 22 H 46 ), which is an example of a linear molecule composed of carbon linear, was used as a film material. The normal alkane has a triclinic crystal structure, the length of one side in the a-axis direction is 0.4228 [nm], the length of one side in the b-axis direction is 0.4828 [nm], and the c-axis This is a rod-like molecule having one side length of 2.9552 [nm], α of 86.424 [°], β of 70.775 [°], and γ of 72.199 [°].
図11Aは、図10のノルマルアルカンを膜原料として、基板と蒸着源が遠く離れており成膜面近傍に局所空間を生成させない一般的な薄膜形成装置(比較例)を用いて薄膜を形成したときのXRD(X−Ray Diffraction:X線回折)の測定結果を示す図である。また、図11Bは、図11Aの比較例における薄膜の分子の配向を模式的に示した図である。なお、この比較例に係る実施例において、成膜室の真空度は10−3〜10−4[Pa]の高真空度とし、成膜時間は8.3[min]とし、形成する膜厚は100[nm]とした。In FIG. 11A, the normal alkane of FIG. 10 was used as a film raw material, and a thin film was formed using a general thin film forming apparatus (comparative example) in which the substrate and the evaporation source were far apart and a local space was not generated near the film formation surface. It is a figure which shows the measurement result of XRD (X-Ray Diffraction: X-ray diffraction) of time. FIG. 11B is a diagram schematically showing the molecular orientation of the thin film in the comparative example of FIG. 11A. In the example according to this comparative example, the degree of vacuum in the film formation chamber is set to a high degree of vacuum of 10 −3 to 10 −4 [Pa], and the film formation time is set to 8.3 [min]. Was 100 [nm].
この比較例における薄膜においては、図11Aに示すように、複数の面指数が現れているが、その中でも(001)等のc軸方向に強いピークが現れていることが分かる。従って、図11Aに示すXRD測定の結果から推測される分子の配向モデルは、図11Bに示すように、(001)面が支配的となり、薄膜の棒状分子は基板Sに対して斜立して配向する状態、すなわち、比較例における薄膜の棒状分子は垂直配向していると考えられる。 In the thin film in this comparative example, as shown in FIG. 11A, a plurality of plane indices appear, but among them, it can be seen that a strong peak appears in the c-axis direction such as (001). Therefore, the molecular orientation model inferred from the XRD measurement result shown in FIG. 11A has a dominant (001) plane as shown in FIG. 11B, and the rod-like molecules of the thin film are tilted with respect to the substrate S. The oriented state, that is, the rod-like molecules of the thin film in the comparative example is considered to be vertically oriented.
一方、図12Aは、図10のノルマルアルカンを膜原料として、本発明の第1の実施形態に係る薄膜形成装置100(本発明)を用いて薄膜を形成したときのXRDの測定結果を示す図である。また、図12Bは、図12Aの本発明における薄膜の分子の配向を模式的に示した図である。なお、この本発明に係る実施例において、成膜室の真空度は1〜3[Pa]の低真空度とし、成膜時間は2[min]とし、形成する膜厚は100[nm]とした。また、成膜室2の温度は、室温程度である。
On the other hand, FIG. 12A is a diagram showing XRD measurement results when a thin film is formed using the thin film forming apparatus 100 (the present invention) according to the first embodiment of the present invention using the normal alkane of FIG. 10 as a film raw material. It is. Moreover, FIG. 12B is the figure which showed typically the molecular orientation of the thin film in this invention of FIG. 12A. In this embodiment of the present invention, the vacuum degree of the film forming chamber is a low vacuum degree of 1 to 3 [Pa], the film forming time is 2 [min], and the film thickness to be formed is 100 [nm]. did. The temperature of the
本実施例によって形成された薄膜においては、図12Aに示すように、(001)等のc軸方向が弱く、(100)面に強いピークが現れていることが分かる。従って、図12Aに示すXRD測定の結果から推測される棒状分子の配向モデルは、図12Bに示すように、(100)面が基板Sに平行となり、分子鎖は基板Sに対して平行に配向する状態、すなわち、本発明における薄膜の棒状分子は平行配向していると考えられる。 In the thin film formed by this example, as shown in FIG. 12A, it can be seen that the c-axis direction such as (001) is weak and a strong peak appears on the (100) plane. Accordingly, the orientation model of the rod-like molecule inferred from the result of the XRD measurement shown in FIG. 12A shows that the (100) plane is parallel to the substrate S and the molecular chain is oriented parallel to the substrate S as shown in FIG. In other words, the rod-like molecules of the thin film in the present invention are considered to be in parallel orientation.
このように、本発明に係る薄膜形成装置100を用いることによって、基板Sを冷却する等を行うことなく、分子が平行配向となった薄膜を形成することができる。しかも、本発明に係る薄膜形成装置100では、低真空度で、かつ、短時間で、分子が平行配向となった所望の薄膜を形成できることも確認できた。なお、分子が平行配向となった有機薄膜は、強誘電体材料として利用することができので、電子デバイス等として有用である。
As described above, by using the thin
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る薄膜形成装置200の構成について、図13を用いて説明する。図13は、本発明の第2の実施形態に係る薄膜形成装置200の構成を示す一部断面図である。なお、本実施形態では、第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。また、図13において、図1に示す構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付しており、詳しい説明は省略化又は簡略化する。(Second Embodiment)
Next, the configuration of the thin
本発明の第の2実施形態に係る薄膜形成装置200は、図13に示すように、第1の実施形態と比べて、ゲートバルブ8と予備室9とを備えている。さらに、本実施形態に係る薄膜形成装置200は、予備室9内に設けられたストッカー91と、水平方向に移動可能に構成されたトランスファーロッド10とを備える。
As shown in FIG. 13, the thin
予備室9は、内部を減圧可能に構成されており、ゲートバルブ8を介して成膜室2に隣接して配置される。ゲートバルブ8は、成膜室2と予備室9との仕切りであり、開閉可能に構成されている。ストッカー91は、基板Sとその成膜面S1を覆うように設けられたマスクMとを保持したホルダ3を収納する。トランスファーロッド10は、基板進退機構部であって、基板Sが保持されたホルダ3を水平方向に進退させるように可動する。
The
本実施形態において、成膜処理前の基板Sについては、ゲートバルブ8が開いた状態で、ストッカー91に収納されたホルダ3とともにトランスファーロッド10により上下を反転させながら予備室9から成膜室2に送り出され、鉛直移動機構4に装着される。一方、成膜処理後の基板Sについては、ゲートバルブ8が開いた状態で、トランスファーロッド10により上下を反転させながら、マスクMとともにホルダ3ごと成膜室2から予備室9に回収され、ストッカー91に収納される。また、ストッカー91には複数枚の棚板が設けられており、当該棚板は上下に移動可能に構成されている。
In the present embodiment, the substrate S before film formation is processed from the
なお、ストッカー91には、ペルチェ素子、クライオスタット又は液体窒素ガス源等を設けることによって収納するホルダ3を冷却したり、あるいは、ヒータを設けることによって回収したホルダ3を加熱したりできるように構成してもよい。このように、成膜室2に供給するホルダ3を予め冷却したり、成膜室2から回収したホルダ3を予備室9内で加熱したりして、予備室9を大気開放してホルダ3を取り出す際に、室温に戻した状態のホルダ3を取り出すことが可能となる。
The
本発明の第2の実施形態に係る薄膜形成装置200は、以上のように構成される。
The thin
次に、本発明の第2の実施形態に係る薄膜形成装置200を用いた薄膜形成方法について、図14を用いて説明する。図14は、本発明の第2の実施形態に係る薄膜形成装置200を用いて薄膜形成を行う際のフローチャートである。なお、図14に示すフローチャートではストッカー91の棚板が2枚であり、その下段には図示しないヒータが設けられているとともにホルダ装着部42には図示しない冷却機構が設けられている場合について説明する。以下、図13を参照しながら、図14を用いて、基板Sの成膜面S1上に薄膜を連続的に形成する手順を説明する。
Next, a thin film forming method using the thin
まず、図6に示す第1の実施形態における初期設定ステップ(S101)及びヒータ加熱ステップ(S102)と同様にして、初期設定ステップ(S202)及びヒータ加熱ステップ(S202)を行う。 First, the initial setting step (S202) and the heater heating step (S202) are performed in the same manner as the initial setting step (S101) and the heater heating step (S102) in the first embodiment shown in FIG.
その後、膜厚計131によって蒸着レートが予め設定した蒸着レートに到達しているかどうかを判別し(ステップS203)、到達していなければ予め設定した蒸着レートになるまで加熱を続ける(ステップS203でNO)。
Thereafter, the
そして、本実施形態では、蒸着レートが所定の値に達したならば(ステップS203でYES)、ゲートバルブ8を開けて、基板S及びマスクMを保持したホルダ3をトランスファーロッド10により上下を反転させながら予備室9から成膜室2に搬入し、鉛直移動機構4に装着する(ステップS204)。ここで、鉛直移動機構4のホルダ装着部42は予め冷却されている。また、ホルダ3を鉛直移動機構4に装着した後は、ゲートバルブ8を閉めて、ステップS205以降の工程を行う。なお、予備室9は成膜室2と同様に予め真空ポンプにより所望の真空雰囲気に減圧されている。
In this embodiment, when the deposition rate reaches a predetermined value (YES in step S203), the
その後、図6に示す第1の実施形態におけるステップS104からステップS109までの工程と同様に、ステップS205からステップS210の各工程を経て成膜処理が終了する。 Thereafter, similarly to the processes from step S104 to step S109 in the first embodiment shown in FIG. 6, the film forming process is completed through the processes of step S205 to step S210.
そして、本実施形態では、ホルダ3を最上位置まで上昇させた後(ステップS210)、成膜処理を行った基板Sが奇数枚目かどうか判別する(ステップS211)。
In the present embodiment, after raising the
例えば、成膜処理後の基板Sが1枚目(奇数枚目)のものであると判別された場合(ステップS211でYES)、ゲートバルブ8を開けて、トランスファーロッド10により上下を反転させながら、成膜処理後の基板S及びマスクMを、ホルダ3ごと予備室9に搬出し(S213)、ストッカー91の下段に収納して室温まで加熱する。
For example, when it is determined that the substrate S after film formation is the first (odd number) substrate (YES in step S211), the
引き続き、2枚目の基板Sを予備室9から成膜室2に搬入し、2枚目の基板Sに対しても、ステップS205からステップS210までの一連の工程を繰り返す。
Subsequently, the second substrate S is carried into the
一方、成膜処理後の基板Sが2枚目(偶数枚目)のものであると判別された場合(ステップS211でNo)、成膜処理後の2枚目の基板Sを保持するホルダ3を予備室9に搬出する前に、予備室9を大気開放して、成膜処理後の1枚目の基板SをマスクMとともにホルダ3ごと本薄膜形成装置200外に取り出して、成膜処理後の1枚目の基板S及びマスクMを保持したホルダ3を、新たな基板S及びマスクMを保持したホルダ3に交換して、新たな基板S及びマスクMを保持したホルダ3を予備室9に格納する(ステップS212)。
On the other hand, when it is determined that the substrate S after the film formation process is the second (even number) substrate (No in step S211), the
その後、予備室9内を再び所望の真空雰囲気に減圧した後、ゲートバルブ8を開けて、トランスファーロッド10により、成膜処理後の2枚目の基板S及びマスクMをホルダ3ごと予備室9に搬出し(S213)、ストッカー91の下段に収納して室温まで加熱する。その後、予め定めた枚数の基板Sに対する成膜処理が終了するまでステップS205からの工程が繰り返えされる。
Thereafter, the inside of the
なお、本実施形態において、成膜処理中は、成膜室2内は常に所望の真空雰囲気に減圧されている。また、蒸着源5は、常にヒータ6により加熱されており、収容室51に収容した膜原料がなくなるまで、繰り返し使用される。
In the present embodiment, during the film forming process, the inside of the
以上、本発明の第2の実施形態に係る薄膜形成装置200によれば、第1の実施形態に比べて、さらに予備室9を備えている。これにより、ホルダ装着部42(基板S)が低温で蒸着源5が高温な状態を維持したままで成膜室2を大気開放することなく、薄膜が形成された基板Sを予備室9に取り出して、新たな基板Sを成膜室2内に搬入することができる。そのため、一連の成膜処理に要する時間を大幅に短縮することができる。
As described above, according to the thin
なお、本実施形態において、予備室9に設けられたストッカー91の棚板の数は特に限定されず、ストッカー91の棚板の数は、成膜室2における成膜処理に要する時間又は予備室9の大気開放から減圧に要する時間に応じて、適宜選択することができる。
In the present embodiment, the number of shelf plates of the
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係る薄膜形成装置300について、図15及び図16を用いて説明する。図15は、本発明の第3の実施形態に係る薄膜形成装置300の構成を示す一部断面図である。また、図16は、図15に示す薄膜形成装置300を矢印Aの方向から見たときの分解縦断面図である。なお、本実施形態では、第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。また、図15及び図16において、図1に示す構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付しており、詳しい説明は省略化又は簡略化する。(Third embodiment)
Next, a thin
図15及び図16に示すように、本発明の第3の実施形態に係る薄膜形成装置300は、第1の実施形態と同様の低真空雰囲気下において、帯状で可撓性のフィルム基板からなる基板Pの成膜面P1上に薄膜を連続的に形成する装置である。薄膜形成装置300は、上下に分割可能な成膜室320と、成膜室320の外部に配置された基板搬送機構80とを備えている。さらに、薄膜形成装置300は、第1の実施形態と同様に、成膜室320内の真空度を制御する真空度制御部(不図示)を備えている。
As shown in FIGS. 15 and 16, the thin
成膜室320は、互いに分離可能な上部成膜室321と下部成膜室322とで構成されており、下部成膜室322の上端縁にはOリングなどのシーリング部材が配置されている。そして、図15に示すように、上部成膜室321と下部成膜室322とは、基板Pを挟んで密閉することができ、上部成膜室321と下部成膜室322とが分離されることによって、基板Pを成膜室320内に導入する基板導入口350と基板Pを成膜室320外に導出する基板導出口351とが形成される。このように、基板導入口350及び基板導出口351は、基板Pをホルダ3に保持させながら、基板Pを挟み込んだ状態で成膜室320を閉じることができるように構成されている。
The
成膜室320は、密閉された空間が形成された状態で、例えば真空ポンプからなる真空度制御部によって、基板Pの成膜面P1と蒸着源5の供給口52との間隔が膜原料の分子の平均自由行程以下になるように減圧されており、成膜室320内は、高くとも10[Pa]の低真空雰囲気である。
In the
なお、成膜室320内の真空度は、10[Pa]以下の低真空雰囲気範囲内で、膜原料の分子量に合わせて適宜調整される。このような成膜室2内の真空度の一例を挙げると、例えば、膜原料が、直鎖状の炭素骨格を有する有機材料であって、その分子量が700〜800程度の化合物である場合、0.3〜1[Pa]程度である。なお、本実施形態において、成膜室320内の温度は特段調整されておらず、室温程度の温度になっている。
Note that the degree of vacuum in the
成膜処理時において、成膜室320は、図15に示すように、上部成膜室321と下部成膜室322とが、基板導入口350と基板導出口351とで基板Pを挟んで密閉空間を形成する。一方、成膜処理が終了すると、図16に示すように、上部成膜室321と下部成膜室322とが分離して、その間を基板Pが移動可能なように基板導入口350及び基板導出口351が開口する。
During the film forming process, as shown in FIG. 15, the
上部成膜室321において、上壁中央にはアーム41が支持されており、アーム41の下部には略四角形状の2枚の板部材からなるホルダ装着部42が設けられている。ホルダ装着部42とホルダ3の板部31との間隔が、球面軸受423を介して押しボルト421と引きボルト422とを調整することにより調整される。本実施形態では、基板Pが押圧されて配置された板部31と蒸着源5との間隔が一定となるように調整される。
In the upper
さらに、アーム41には、第1の実施形態と同様に、当該アーム41を昇降させるための昇降駆動部(不図示)が備えられている。本実施形態において、鉛直移動機構4は、アーム41、ホルダ装着部42及び昇降駆動部によってホルダ3を上下に駆動する鉛直駆動機能を有するとともに、基板Pに押圧力を付与する基板押圧機能を有する。鉛直移動機構4を駆動してホルダ装着部42を下降させることによって、ホルダ3の板部31の下面に基板Pを密着させて基板Pを押圧して基板Pにテンションをかけることができる。このように、基板Pにテンションをかけることにより、基板Pのたわみを防止することができる。
Furthermore, the
基板Pは、帯状のフィルムからなり、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、ポリイミド等の樹脂等によって構成することができる。本実施形態における基板Pとしては、樹脂からなる帯状のフィルムがロール状に巻かれたものが使用される。なお、基板Pの下面(マスクM側の面)は、薄膜が形成される成膜面P1であり、本実施形態において、成膜面P1には電極として機能するメタルパターンが蒸着されている。 The board | substrate P consists of a strip | belt-shaped film, for example, can be comprised with resin, such as PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthalate), a polyimide. As the board | substrate P in this embodiment, what wound the strip | belt-shaped film which consists of resin in roll shape is used. In addition, the lower surface (surface on the mask M side) of the substrate P is a film formation surface P1 on which a thin film is formed. In the present embodiment, a metal pattern that functions as an electrode is deposited on the film formation surface P1.
また、上部成膜室321には、図示しない昇降駆動部を備えた成膜室開閉機構が設けられており、成膜室開閉機構を作動させて上部成膜室321を上下動させることにより、下部成膜室322の上端縁に設けられたシーリング部材との間で密閉状態と開口状態とを形成することができる。
Further, the upper
また、図15に示すように、成膜室320が密閉された状態においては、基板Pの下面にはホルダ3に保持されたマスクMが密着して固定されている。基板Pの下面にマスクMを固定する方法としては特に限定されず、例えば、ホルダ3の板部31下面に凹部を形成して当該凹部にマスクMを嵌合させる方法、粘着剤等を用いて貼付する方法、磁力により吸着させる方法又は静電吸着させる方法等が挙げられる。
Further, as shown in FIG. 15, in a state where the
一方、図16に示すように、成膜室320が開口された状態においては、水平方向及び鉛直方向の2軸方向に駆動可能に設けられたアライメントユニット60が成膜室320内に差し込まれ、これにより、ホルダ3に保持されたマスクMが支持されている。
On the other hand, as shown in FIG. 16, in the state where the
アライメントユニット60は、水平方向に延びるアーム61と、アーム61の先端に連結されたステージ62とを備えるマスク移動機構である。ステージ62にはホルダ3に保持されたマスクMと嵌合する凹部が形成されている。
The
ステージ62にはさらにCCDカメラ等の撮像装置63が設けられている。この撮像装置63により、基板Pの下面のメタルパターンとともに蒸着されたアライメントマークの画像を取得して、基板Pに対するマスクMの相対的位置を認識し、マスクMと基板Pとの位置合わせを行う。
The
なお、本実施形態において、ホルダ3は、平面視形状が略四角形の枠体からなる。そして、マスクMの周縁部は、当該枠体によって固定される。また、マスクMは、図2に示す第1の実施形態におけるマスクMと同様であり、側周面に段部が形成された平板状の部材からなり、厚さ方向に貫通する貫通孔M1が複数形成されている。
In the present embodiment, the
図17は、本発明の第3実施形態に係る薄膜形成装置300における下部成膜室322の構成を示す平面図である。
FIG. 17 is a plan view showing the configuration of the lower
図17に示すように、下部成膜室322の内部底面には、一対のガイド71(レール部材)及び送りネジ72が敷設されており、送りネジ72にはステージ73が装着されている。また、送りネジ72にはモータ74が連結されており、モータ74は、ガイド71及び送りネジ72とともに水平移動機構7(蒸着源移動機構)を構成している。ステージ73上には、底面にヒータ6が設けられた蒸着源5が配置されており、送りネジ72が回転することにより、ステージ73がガイド71に沿って水平に移動する。その際、ステージ73に載置されたヒータ6及び蒸着源5がステージ73とともに水平移動する。なお、送りネジ72としては、例えば、台形ネジやボールねじ等が用いられる。
As shown in FIG. 17, a pair of guides 71 (rail members) and a
なお、本実施形態における蒸着源5は、第1の実施形態における蒸着源と同様である。また、第1の実施形態と同様に、蒸着源5とマスクMとの間には、成膜時における蒸着源5とマスクMとが近接した状態において、真空度に応じて数mm程度の隙間が設けてあり、当該隙間は、蒸着源5から気化した膜原料が均一な蒸気圧雰囲気を形成する緩和層として機能する。そして、この緩和層を経由した膜原料がマスクMの貫通孔M1内へと移動することにより、基板P上に形成される薄膜の膜厚や膜質を均一にすることができる。また、ヒータ6も第1の実施形態におけるヒータと同様である。
In addition, the
一方、図16及び図17に示すように、下部成膜室322には、さらに、ゲートバルブ308を介して減圧可能な予備室309が連結されている。予備室309には、水平方向に進退可能なトランスファーロッド310が備えられている。トランスファーロッド310は、蒸着源進退機構部であって、蒸着源5を予備室309と下部成膜室322との間で進退させることができる。
On the other hand, as shown in FIGS. 16 and 17, the lower
また、図15に示すように、成膜時において、成膜室320の上部成膜室321と下部成膜室322との間には、基板Pが所定の張力で張設されている。基板Pは、成膜室320外に設けられた基板搬送機構80により支持されており、成膜室320外から成膜室320内に供給されるともに、所定の成膜処理ごとに、成膜室320内から成膜室320外に回収される。
As shown in FIG. 15, the substrate P is stretched between the upper
図15に示すように、成膜室320の外部に設けられた基板搬送機構80は、供給ローラ81と巻取りローラ82とを備えている。供給ローラ81は、ロール状に巻回された基板Pを繰り出して成膜室320内に供給する。巻取りローラ82は、成膜室320内に供給された基板Pを成膜室320外に回収してロール状に巻き取る。
As shown in FIG. 15, the
基板Pに対して一定の成膜処理が終了する毎に上部成膜室321と下部成膜室322とが離間し、その間が開口した状態で、巻取りローラ82が回転する。この時、薄膜が形成された成膜処理後の基板Pが成膜室320内から回収されて巻取りローラ82に巻き取られると同時に、供給ローラ81にロール状に巻き付けられている基板Pが引き出されて、成膜室320内に供給される。
Each time a certain film forming process is completed on the substrate P, the upper
なお、本実施形態における基板搬送機構80には、さらに補助ローラ83が備えられている。補助ローラ83は、供給ローラ81と巻取りローラ82との間を走行する基板Pに所定のテンションを印加することで、基板Pが円滑に走行するようにしている。
Note that the
また、図示しないが、供給ローラ81とその上流側の補助ローラ83との間には、下部電極(上述のメタルパターン)を作製するための装置が配置されている。さらに、巻取りローラ82とその下流側の補助ローラ83との間には、上部電極を作製するための装置や、さらに必要に応じてポーリング工程を行うためのコロナ放電装置などが配置されている。
Although not shown, an apparatus for producing a lower electrode (the above-described metal pattern) is disposed between the
また、本実施形態に係る薄膜形成装置300は、図16に示すように、蒸着源5からの膜原料の気化状態を計測するために2個の膜厚計131、132を備えている。これらの膜厚計131、132は水晶振動子を備えており、水晶振動子上に堆積した膜原料の質量に応じて変化した共振周波数の変化を検出することにより、膜厚を測定するものである。膜厚計131は、予備室309に設けられて基板Pの長尺方向に沿って移動可能に構成されており、成膜前における蒸着レートを設定する。また、膜厚計132は、成膜室320に設けられており、成膜時における蒸着状況を監視する。
Further, as shown in FIG. 16, the thin
次に、本発明の第3の実施形態に係る薄膜形成装置300を用いた薄膜形成方法について、図18を用いて説明する。図18は、本発明の第3の実施形態に係る薄膜形成装置300を用いて薄膜形成を行う際のフローチャートである。以下、図15及び図16を参照しながら、図18を用いて、基板Pの成膜面P1上に薄膜を形成する手順を説明する。
Next, a thin film forming method using the thin
図18に示すように、まず、ヒータ6を装着した蒸着源5が予備室309に収容されている状態で、ヒータ6の加熱を行う(ステップS301)。この場合、まず、ヒータ6によって膜原料が気化しない温度で蒸着源5(収容室51)を予熱し、膜原料の乾燥や不純物の除去のためのベーク処理を行う。その後、膜厚計131を用いて膜原料の気化状態から蒸着レートを計測する。このとき、膜厚計131で計測した蒸着レートが予め設定した蒸着レートに到達しているかどうかを判別し(ステップS302)、到達していなければ予め設定した蒸着レートになったことが確認されるまで加熱を続ける(ステップS302でNO)。なお、予備室309は予め真空ポンプで所望の低真空雰囲気に減圧されており、また、蒸着源5の収容室51には膜原料が収容されている。
As shown in FIG. 18, first, the
その後、蒸着レートが所定の値に達したならば(ステップS302でYES)、マスクMを基板Pに装着する(ステップS303)。具体的には、図16に示すように、成膜室320の上部成膜室321と下部成膜室322とが離間した状態で、撮像装置63により、基板Pの下面に形成されたアライメントマークの画像を取得する。そして、基板Pに対するマスクMの相対的位置を認識し、マスクMと基板Pとの位置合わせを行いつつ、ホルダ3に保持されたマスクMを基板Pの下面に装着する。
Thereafter, if the vapor deposition rate reaches a predetermined value (YES in step S302), the mask M is mounted on the substrate P (step S303). Specifically, as shown in FIG. 16, the alignment mark formed on the lower surface of the substrate P by the
次に、図15に示すように、成膜室320の上部成膜室321を下降させ(ステップS304)、成膜室320の上部成膜室321と下部成膜室322とを接合して成膜室320内に密閉空間を形成した状態で、真空ポンプで成膜室320内を所望の低真空雰囲気に減圧する(ステップS305)。
Next, as shown in FIG. 15, the upper
次に、図16に示すゲートバルブ308を開けて、底面にヒータ6が設けられた蒸着源5を成膜室320に送り込んで、ステージ73に装着する(ステップS306)。この際、蒸着源5を機械的にステージ73に固定するだけでなく、ヒータ6に通電可能なように電気的にも接続する。このとき、マスクMの下面と蒸着源5の上端面とが微小距離だけ離間させた状態となるようにマスクMと蒸着源5とを近接させ、この状態で蒸着源5がマスクMの端部(図16において、向かって右端)に対向して配置されるように蒸着源5を移動させる。
Next, the
次に、ゲートバルブ308を閉めた後、水平移動機構7によって蒸着源5の移動を開始して、蒸着源5を所定の速度で水平移動させて(ステップS307)、各貫通孔M1内に露出した基板Pの成膜面P1に対して膜原料を付着させる。なお、本実施形態において、蒸着源5は、1〜10[mm/s]の速度で移動させた。
Next, after closing the
その後、基板Pの成膜面P1の所定領域において所定の膜厚の薄膜が形成されるまで成膜を続ける(ステップS308でNO)。このとき、第1の実施形態と同様に、マスクMの貫通孔M1は、基板Pの成膜面P1と蒸着源5との間でほぼ閉ざされて局所的な閉じた反応系を形成する。また、第1の実施形態と同様に、蒸着源5の収容室51に収容された膜原料は、ヒータ6の熱を受けて気化し、蒸着源5の収容室51から放出して、蒸着源5とマスクMとの間の隙間の領域に移行し、この隙間において均一な蒸気圧雰囲気を形成した後に貫通孔M1内に拡散する。このとき、貫通孔M1内は、上述のとおりほぼ閉じた狭小空間であるので、膜原料の蒸気圧が飽和蒸気圧を上回り、過飽和度が高い状態となる。このため、膜原料の気相から固相への相転移が進み、膜原料が棒状分子であれば平行配向が促進され、膜原料が面状分子であれば垂直配向が促進される。また、蒸着レートがより速い場合は、アモルファス化又は微結晶化が進行することが可能な状態になっている。
Thereafter, film formation is continued until a thin film having a predetermined film thickness is formed in a predetermined region of the film formation surface P1 of the substrate P (NO in step S308). At this time, as in the first embodiment, the through hole M1 of the mask M is substantially closed between the film formation surface P1 of the substrate P and the
この際、貫通孔M1内には、急な温度勾配が生成されており、貫通孔M1内の下方部(蒸着源5側)では高温(120℃〜180℃程度)となり、貫通孔M1内の上方部(基板P側)では低温(50℃程度以下)になっている。これにより、蒸着レートを大きくなって過飽和度σを大きくすることができるので、分子が平行配向となった薄膜を容易に形成することができる。なお、この場合、配向性を高めるために基板Pを−150℃程度に冷却してもよい。これにより、過飽和度σをさらに大きくすることができる。 At this time, a steep temperature gradient is generated in the through-hole M1, and the lower part (on the side of the vapor deposition source 5) in the through-hole M1 becomes a high temperature (about 120 ° C. to 180 ° C.). The upper part (substrate P side) is at a low temperature (about 50 ° C. or less). As a result, the deposition rate can be increased and the degree of supersaturation σ can be increased, so that a thin film in which molecules are aligned in parallel can be easily formed. In this case, the substrate P may be cooled to about −150 ° C. in order to enhance the orientation. As a result, the degree of supersaturation σ can be further increased.
このような急な温度勾配が生成されるので、蒸着源5から放出された膜原料は、貫通孔M1内で最も温度が低い基板Pの成膜面P1に付着し、成膜面P1に対して効率よく堆積していく。
Since such a steep temperature gradient is generated, the film raw material released from the
なお、本実施形態において薄膜が形成される様子は、図7、図8A及び図8Bに示す第1の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。 In addition, since a mode that a thin film is formed in this embodiment is the same as that of 1st Embodiment shown in FIG.7, FIG.8A and FIG.8B, the description is abbreviate | omitted.
また、基板Pの成膜面P1に堆積した膜原料の厚さは膜厚計132により監視されており、蒸着源5は、膜厚計132に堆積した膜原料(基板Pに形成された薄膜)が所定の厚さに達するまで往復運動を繰り返す(ステップS308でNO)。
Further, the thickness of the film material deposited on the film formation surface P1 of the substrate P is monitored by the
そして、基板Pに所定の膜厚の薄膜が形成されると(ステップS308でYES)、ゲートバルブ308を開けて、蒸着源5をヒータ6とともに予備室309に退避させる(ステップS309)。
When a thin film having a predetermined thickness is formed on the substrate P (YES in step S308), the
その後、ゲートバルブ308を閉めた後、上部成膜室321を上昇させて(ステップS310)、上部成膜室321と下部成膜室322との間を離間させる。これにより、上部成膜室321と下部成膜室322との間に開口が形成され、マスクMを基板Pから分離する(ステップS311)。
Then, after closing the
その後、巻取りローラ82を回転させて、薄膜が形成された部分の基板Pを巻き取る(ステップS312)。その後、予め定めた長さの基板Pに対する成膜処理が終了するまで(ステップS313でNO)、ステップS303からの工程を繰り返す。
Thereafter, the winding
なお、本実施形態において、蒸着源5は常にヒータ6により加熱されており、蒸着源5を予備室309に退避させた際に膜原料の残量を確認し、収容室51に収容された膜原料がなくなるまで、蒸着源5は繰り返し使用される。
In this embodiment, the
以上の工程により、本実施形態における薄膜形成が終了する。このように、本実施形態に係る薄膜形成装置300を用いた薄膜形成方法によれば、マスクMの貫通孔M1のパターン形状と鏡面パターンとなる薄膜を、基板Pの成膜面P1に、均一な膜厚及び膜質で、低真空雰囲気内で連続的に効率よく形成することができる。
Through the above steps, the thin film formation in this embodiment is completed. As described above, according to the thin film forming method using the thin
以上、本発明の第3の実施形態に係る薄膜形成装置300では、基板Pである帯状フィルムを上部成膜室321と下部成膜室322との間に挟み込んだ状態であり、成膜室320を高真空に維持することが難しくなる。したがって、成膜室320が低真空雰囲気下において成膜処理を行うことになる。しかしながら、本発明の「HSD法」は、実際の蒸着空間が局所的であるために蒸着空間周囲の成膜室320の密閉度が多少低くても支障がない。また、成膜室320が短時間大気開放されても、ロータリポンプやターボ分子ポンプ等の真空ポンプを用いれば、低真空雰囲気を迅速に回復することが可能である。そのため、基板Pとして帯状のフィルムからなるものを使用して、成膜室320として上部成膜室321と下部成膜室322とに分割可能で容易に減圧可能な容積の小さいものを使用することができる。
As described above, in the thin
また、本実施形態では、成膜室320に隣接して予備室309が備えられている。そのため、高温状態の蒸着源5を、成膜室320から予備室309に退避させることができる。したがって、蒸着源5が退避した状態で、成膜室320を開口して基板Pを走行させることにより、蒸着源5を室温程度に冷却する工程を省いて連続的な成膜が可能となる。その結果、成膜処理に要する時間を大幅に短縮することができる。
In the present embodiment, a
また、本実施形態では、水平移動機構7により、蒸着源5の長手方向に略直交する方向に、蒸着源5を水平移動させることができる。そのため、蒸着源5が線状であっても、基板Pの大きさによらず基板Pの成膜面P1全体にわたり薄膜を形成することができる。
In this embodiment, the
また、蒸着源5が線状であるので、蒸着源5に膜原料を均一にセットして、蒸着源5における膜原料の保持状態を容易に均一にすることができる。その結果、膜厚や膜質のばらつきが抑制され、均一な膜厚や膜質を有する高品位な薄膜を形成することができる。したがって、薄膜の歩留まりが向上し、生産性を高めることが可能となる。
Further, since the
また、本実施形態では、蒸着源5とマスクMとは微小距離だけ離間しているので、成膜時においても、蒸着源5とマスクMとは接触(密着)しない。これにより、マスクMに断熱性を持たせる必要がなくなるので、マスクMの構成部材を安価なものとすることができ、成膜コストを低減することができる。
In the present embodiment, since the
以上、本発明に係る薄膜形成装置及び薄膜形成方法について、各実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。 As mentioned above, although the thin film forming apparatus and the thin film forming method which concern on this invention have been demonstrated based on each embodiment, this invention is not limited to said embodiment.
例えば、上記の実施形態において、マスクMにおける貫通孔M1の形状及び配置パターンは特に限定されず、基板に形成したい薄膜のパターンに合わせて適宜選択することができ、マスクMの上面(基板側の面)における貫通孔M1の形状及び配置パターンが、基板に形成したい薄膜のパターンに対して鏡面パターンとなるようにすればよい。例えば、貫通孔M1は角柱状であってもよい。また、第1及び第2の実施形態においては、ホルダ3の形状を工夫することにより、複数枚の小型の基板に対する蒸着を同時に行えるようにしてもよい。
For example, in the above embodiment, the shape and arrangement pattern of the through holes M1 in the mask M are not particularly limited, and can be appropriately selected according to the pattern of the thin film desired to be formed on the substrate. The shape and arrangement pattern of the through holes M1 in the surface) may be a mirror pattern with respect to the thin film pattern to be formed on the substrate. For example, the through hole M1 may have a prismatic shape. In the first and second embodiments, by devising the shape of the
また、上記の実施形態において、蒸着源5の構成は、図8A及び図8Bに示されるようなものに限定されず、外部加熱によって供給口から均一な分子線を放射する構成のものであれば、いずれのものであってもよい。
Moreover, in said embodiment, the structure of the
また、上記の実施形態において、ヒータ6はセラミックヒータに限定されるものではない。例えば、ヒータ6は、ガスの排出がなく、耐熱性に優れ、電流が流れることにより発熱する抵抗体等であっても構わない。あるいは、抵抗線をヒータとして用いたもの、赤外線照射による輻射熱を利用した加熱機構又はレーザによる加熱機構等であってもよい。また、ヒータ6の設置数及び設置箇所も上記の実施形態に限定されるものではない。
Moreover, in said embodiment, the
また、上記の実施形態において、水平移動機構7は、蒸着源5を移動させるように構成したが、ホルダ3を移動させることによって基板と蒸着源とを相対的に移動させるように構成してもよい。また、水平移動機構としては、ボールねじを用いたものに限定されず、ベローズの伸縮により蒸着源5を移動させる方式のもの、あるいは、トランスファーロッドやマグネットスライダー等であってもよい。
In the above embodiment, the
また、マスクMと蒸着源5との間隔L1(隙間の幅)を調整する調整機構としては、押しボルト421及び引きボルト422を用いたものに限定されず、ゴニオステージなどを用いたものであってもよい。
Further, the adjustment mechanism for adjusting the distance L1 (gap width) between the mask M and the
また、上記の実施形態では、ホルダ3がマスク保持部を兼ねていたが、マスク保持部は別途設けられていてもよい。
In the above embodiment, the
また、第1及び第2の実施形態において、さらに、蒸着源5を退避させるための退避場所を設けてもよい。この場合、蒸着源5の退避場所は成膜室2内に設けられていてもよいが、成膜室2とはゲートバルブにより仕切られた退避室を別途設けてもよい。
In the first and second embodiments, a retreat place for retreating the
また、第3の実施形態において、マスク移動機構としては、アライメントユニット60に限定されず、例えば、下部成膜室322内に設けられた、水平方向及び鉛直方向にそれぞれ駆動する2個のモータを用いてもよい。マスク移動機構がこのようなものである場合は、さらに、別途同時認識カメラからなる撮像装置を備えたアームを上部成膜室321と下部成膜室322との間に挿入することが好ましい。そして、この撮像装置により、基板Pの下面に蒸着されたアライメントマークの画像とマスクに形成されたアライメントマークの画像とを同時に認識して、マスク移動機構とともに必要に応じて鉛直移動機構4を駆動させつつ、これを基準にマスクMと基板Pとの位置合わせを行う。
In the third embodiment, the mask moving mechanism is not limited to the
また、第3の実施形態において、成膜室320の下部成膜室322には、蒸着源5から放出された膜原料が基板Pに付着するのを防ぐための防着板を配置してもよい。これにより、蒸着開始前は蒸着源5を防着板の下に待機させて膜原料が基板Pに付着するのを防ぐことができる。
In the third embodiment, a deposition plate for preventing the film material released from the
また、第3の実施形態に係る薄膜形成装置300を用いて、ある膜原料を用いて基板P上に薄膜を形成した後、予備室309において、当該膜原料を収容する蒸着源5と異なる膜原料を収容する蒸着源とを交換してもよい。この場合、成膜室320を所定の真空状態に保ったまま、新たな膜原料の蒸着源を用いることにより、基板P上に種類の違う材料を重ねて蒸着し、多層膜を形成することも可能である。
Further, after forming a thin film on the substrate P using a certain film raw material by using the thin
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、複数の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。 In addition, the present invention includes various modifications made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. Moreover, you may combine each component in several embodiment arbitrarily in the range which does not deviate from the meaning of invention.
本発明によれば、有機材料等を原料とする薄膜を均一な膜厚で形成することができるので、本発明に係る薄膜は、感圧、振動又は受光等の各種センシング及び分析検出素子において、スピーカ又はマイクロフォン等の音響素子において、アクチュエータ又は振動子等の機械駆動素子において、その他、半導体素子、情報記憶素子、有機ELディスプレイに代表される画像表示用発光素子、又は、太陽電池等の光電変換素子等の光デバイスあるいは電子デバイス等において広く利用することができる。 According to the present invention, since a thin film made of an organic material or the like can be formed with a uniform film thickness, the thin film according to the present invention is used in various sensing and analysis detection elements such as pressure-sensitive, vibration, and light reception. In acoustic elements such as speakers or microphones, in mechanical drive elements such as actuators or vibrators, in addition to semiconductor elements, information storage elements, light emitting elements for image display represented by organic EL displays, or photoelectric conversion such as solar cells It can be widely used in optical devices such as elements or electronic devices.
100、200、300 薄膜形成装置
2、320 成膜室
3 ホルダ(基板保持部)
4 鉛直移動機構
5 蒸着源
6 ヒータ(加熱部)
7 水平移動機構
8、308 ゲートバルブ
9、309 予備室
10、310 トランスファーロッド
21 シャッタ
31 板部
32 固定爪
41、61 アーム
42 ホルダ装着部
51 収容室
52 供給口
60 アライメントユニット
62、73 ステージ
63 撮像装置
71 ガイド
72 送りネジ
74 モータ
75 カップリング
80 基板搬送機構
81 供給ローラ
82 巻取りローラ
83 補助ローラ
91 ストッカー
131、132 膜厚計
321 上部成膜室
322 下部成膜室
350 基板導入口
351 基板導出口
421 押しボルト
422 引きボルト
423 球面軸受
424 ホルダ装着板
S、P 基板
S1、P1 成膜面
M マスク
M1 貫通孔
100, 200, 300 Thin
4
7 Horizontal movement mechanism 8,308 Gate valve 9,309 Preliminary chamber 10,310
Claims (10)
前記基板を保持する基板保持部と、
前記膜原料を収容する収容室を有し、貫通孔を有するとともに前記基板に配置されるマスクに向けて線状に開口する供給口が前記収容室に設けられた線状蒸着源と、
前記収容室に収容される前記膜原料を加熱して気化させる加熱部と、
前記マスクと前記供給口とを所定距離だけ離間させながら、前記基板の成膜面と平行な方向であって、かつ、前記線状蒸着源の長手方向に対して略直交する方向に、前記線状蒸着源及び前記基板保持部の少なくとも一方を移動させる第1移動機構部と、
前記成膜室内の真空度を制御する真空度制御部とを備え、
前記真空度制御部は、前記供給口から前記成膜面までの長さが、前記膜原料の分子量と前記成膜室の真空度とにより決定される前記膜原料の分子の平均自由行程よりも短くなるように、前記成膜室内の真空度を制御し、
気化した前記膜原料の分子が存在する前記貫通孔と前記基板とによって構成される局所空間内の蒸気圧をPとし、気化した前記膜原料の分子の平衡蒸気圧をPeとしたときに、前記線状蒸着源は、PとPeの対数比であるln(P/Pe)が0.1〜20となるように配置され、
前記基板が帯状のフィルム基板であり、
さらに、前記成膜室は、前記フィルム基板を前記基板保持部に保持させながら、前記フィルム基板を挟み込んだ状態で閉じることができる基板導入口及び基板導出口を備え、
前記成膜室の外部には、
ロール状に巻回された前記フィルム基板を繰り出して、前記成膜室内に前記フィルム基板を供給する供給ローラと、
前記成膜室内に供給された前記フィルム基板を前記成膜室外に回収してロール状に巻き取る巻取りローラと、を備える
薄膜形成装置。 A thin film forming apparatus for forming a thin film on a film forming surface of a substrate by vaporizing a film raw material made of an organic material in a film forming chamber,
A substrate holder for holding the substrate;
A linear vapor deposition source having a storage chamber for storing the film raw material, having a through hole and a supply port that opens linearly toward the mask disposed on the substrate;
A heating unit that heats and vaporizes the film raw material housed in the housing chamber;
While the mask and the supply port are separated from each other by a predetermined distance, the line is formed in a direction parallel to the film formation surface of the substrate and substantially perpendicular to the longitudinal direction of the linear deposition source. A first moving mechanism that moves at least one of the vapor deposition source and the substrate holder;
A vacuum degree control unit for controlling the degree of vacuum in the film forming chamber,
The vacuum control unit is configured such that the length from the supply port to the film formation surface is greater than the mean free path of the film material molecules determined by the molecular weight of the film material and the vacuum degree of the film formation chamber. Control the degree of vacuum in the film formation chamber so as to shorten,
The vapor pressure of the through hole and the local space formed by said substrate which molecules of the film material made into the gas present is P, the equilibrium vapor pressure of the molecule of the film raw material gasified when the Pe, The linear vapor deposition source is arranged so that ln (P / Pe), which is a logarithmic ratio of P and Pe, is 0.1 to 20,
The substrate is a belt-like film substrate;
Furthermore, the film formation chamber includes a substrate inlet and a substrate outlet that can be closed in a state where the film substrate is sandwiched while the film substrate is held by the substrate holder.
Outside the deposition chamber,
A supply roller for feeding out the film substrate wound in a roll and supplying the film substrate into the film forming chamber;
A thin film forming apparatus comprising: a take-up roller that collects the film substrate supplied into the film forming chamber outside the film forming chamber and winds the film substrate in a roll shape .
請求項1に記載の薄膜形成装置。 In the moving direction in which at least one of the linear vapor deposition source and the substrate holding unit is moved, the width of the upper end surface of the linear vapor deposition source facing the mask is larger than the opening width of the through hole on the mask side. The thin film forming apparatus according to claim 1.
請求項1又は2に記載の薄膜形成装置。 The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the heating unit is configured to move integrally with the linear vapor deposition source.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の薄膜形成装置。 The thin film forming apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a cross-sectional shape of the storage chamber in a plane having a normal direction in a longitudinal direction of the linear vapor deposition source is a tapered shape toward the supply port. .
請求項1〜4のいずれか1項に記載の薄膜形成装置。 The thin film according to any one of claims 1 to 4, further comprising a second moving mechanism unit that moves at least one of the substrate holding unit and the linear vapor deposition source in a direction substantially orthogonal to the film formation surface. Forming equipment.
前記成膜室内に、前記基板を保持する基板保持部と、前記膜原料を収容する収容室を有し、貫通孔を有するとともに前記基板に配置されるマスクに向けて線状に開口する供給口が前記収容室に設けられた線状蒸着源と、前記収容室に収容される前記膜原料を加熱して気化させる加熱部と、前記線状蒸着源及び前記基板保持部の少なくとも一方を移動させる第1移動機構部と、前記成膜室内の真空度を制御する真空度制御部とが備えられており、
前記第1移動機構部によって、前記マスクと前記供給口とを所定距離だけ離間させながら、前記基板の成膜面と平行な方向であって、かつ、前記線状蒸着源の長手方向に対して略直交する方向に、前記線状蒸着源及び前記基板保持部の少なくとも一方を移動させ、
前記真空度制御部によって、前記供給口から前記成膜面までの長さが、前記膜原料の分子の分子量と前記成膜室の真空度とにより決定される前記膜原料の分子の平均自由行程よりも短くなるように、前記成膜室内の真空度を制御し、
気化した前記膜原料の分子が存在する前記貫通孔と前記基板とによって構成される局所空間内の蒸気圧をPとし、気化した前記膜原料の分子の平衡蒸気圧をPeとしたときに、PとPeの対数比であるln(P/Pe)が0.1〜20となるように、前記線状蒸着源を配置し、
前記基板が帯状のフィルム基板であり、
前記成膜室は、前記フィルム基板を前記基板保持部に保持させながら、前記フィルム基板を挟み込んだ状態で閉じることができる基板導入口及び基板導出口を備えられており、
前記成膜室の外部には、ロール状に巻回された前記フィルム基板を繰り出して前記成膜室内に供給する供給ローラと、前記成膜室内に供給された前記フィルム基板を前記成膜室外に回収してロール状に巻き取る巻取りローラとが備えられており、
前記供給ローラから供給される前記フィルム基板を前記基板導入口から前記成膜室内に導入して前記フィルム基板に薄膜を形成し、連続して、薄膜が形成された前記フィルム基板を前記基板導出口から前記成膜室外に導出して前記巻取りローラによって回収する
薄膜形成方法。 A thin film forming method for forming a thin film on a film forming surface of a substrate by vaporizing a film material made of an organic material in a film forming chamber,
A supply port that has a substrate holding portion for holding the substrate and a storage chamber for storing the film raw material in the film forming chamber, has a through hole, and opens linearly toward a mask disposed on the substrate Moves at least one of a linear deposition source provided in the storage chamber, a heating unit for heating and vaporizing the film raw material stored in the storage chamber, and the linear deposition source and the substrate holding unit. A first movement mechanism unit, and a vacuum degree control unit for controlling the degree of vacuum in the film forming chamber,
While the mask and the supply port are separated from each other by a predetermined distance by the first moving mechanism, the direction is parallel to the film-forming surface of the substrate and the longitudinal direction of the linear vapor deposition source. Moving at least one of the linear vapor deposition source and the substrate holder in a direction substantially perpendicular to the substrate;
The length from the supply port to the film formation surface is determined by the vacuum degree control unit based on the molecular weight of the film raw material molecules and the vacuum degree of the film formation chamber. The degree of vacuum in the film formation chamber is controlled to be shorter than
When the vapor pressure in the local space formed by the through-holes where the molecules of the vaporized film raw material exist and the substrate is P, and the equilibrium vapor pressure of the vaporized film raw material molecules is Pe, P The linear vapor deposition source is arranged so that ln (P / Pe), which is a logarithmic ratio of Pb and Pe, is 0.1 to 20,
The substrate is a belt-like film substrate;
The film formation chamber is provided with a substrate inlet and a substrate outlet that can be closed in a state where the film substrate is sandwiched while the film substrate is held by the substrate holder.
Outside the film formation chamber, a supply roller that feeds the film substrate wound in a roll shape and supplies the film substrate into the film formation chamber, and the film substrate supplied into the film formation chamber to the outside of the film formation chamber It is equipped with a take-up roller that collects and rolls up into a roll,
The film substrate supplied from the supply roller is introduced from the substrate introduction port into the film forming chamber to form a thin film on the film substrate, and the film substrate on which the thin film is formed is continuously connected to the substrate outlet port. A thin film forming method in which the film is led out of the film forming chamber and collected by the winding roller .
請求項6に記載の薄膜形成方法。 In the moving direction in which at least one of the linear vapor deposition source and the substrate holding unit is moved, the width of the upper end surface facing the mask in the linear vapor deposition source is larger than the opening width of the through hole on the mask side. The thin film forming method according to claim 6 .
請求項6又は7に記載の薄膜形成方法。 Wherein the heating unit, a thin film forming method according to claim 6 or 7 moves the linear evaporation source and together.
請求項6〜8のいずれか1項に記載の薄膜形成方法。 The thin film formation method according to any one of claims 6 to 8 , wherein a cross-sectional shape of the storage chamber in a plane having a normal direction in a longitudinal direction of the linear vapor deposition source is a tapered shape toward the supply port. .
前記第2移動機構部は、前記基板保持部及び前記線状蒸着源の少なくとも一方を、前記成膜面と略直交する方向に移動させる
請求項6〜9のいずれか1項に記載の薄膜形成方法。 In the film forming chamber, a second moving mechanism is further provided,
The thin film formation according to any one of claims 6 to 9 , wherein the second moving mechanism unit moves at least one of the substrate holding unit and the linear vapor deposition source in a direction substantially orthogonal to the film forming surface. Method.
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