JP5880611B2 - 素子製造方法および素子製造装置 - Google Patents
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Description
図1に示すように有機半導体素子40は、基材41と、基材41上に設けられた複数の第1電極42と、第1電極42間に設けられた補助電極43および突起部44と、第1電極42上に設けられた有機半導体層45と、有機半導体層45上および補助電極43上に設けられた第2電極46と、を備えている。
図3は、素子製造装置10を概略的に示す図である。図3に示すように、素子製造装置10は、基材41上に複数の第1電極42を形成する第1電極形成装置11と、第1電極42間に補助電極43を形成する補助電極形成装置12と、第1電極42と補助電極43との間に突起部44を形成する突起部形成装置13と、第1電極42、補助電極43上および突起部44上に有機半導体層45を形成する有機半導体層形成装置14と、を備えている。以下の説明において、各装置11,12,13,14を用いた工程によって得られるものを中間製品50と称することもある。第1電極形成装置11を経た後の中間製品50は、基材41と、基材41上に形成された複数の第1電極42と、を含むものである。補助電極形成装置12を経た後の中間製品50は、第1電極42間に形成された補助電極43をさらに含むものである。突起部形成装置13を経た後の中間製品50は、第1電極42と補助電極43との間に形成された突起部44をさらに含むものである。有機半導体層形成装置14を経た後の中間製品50は、補助電極43上および突起部44上に形成された有機半導体層45をさらに含むものである。また、後述する中間製品処理装置15を経た後の中間製品50においては、補助電極43上に設けられた有機半導体層45が除去されている。
以下、図4(a)〜(g)を参照して、素子製造装置10を用いて有機半導体素子40を製造する方法について説明する。はじめに、例えばスパッタリング法によって、第1電極42および補助電極43を構成する金属材料の層を基材41上に形成し、次に、金属材料の層をエッチングによって成形する。これによって、図4(a)に示すように、上述の第1電極42および補助電極43を同時に基材41上に形成することができる。なお、第1電極42を形成する工程および補助電極43を形成する工程は、別個に実施されてもよい。
はじめに封止機構20について説明する。封止機構20は、図5(a)に示すように、蓋材21cを供給する蓋材供給部21と、蓋材21cの第1面21dが中間製品50に密着するよう蓋材21cに対して圧力を印加する加圧部23と、を有している。蓋材21cは、中間製品50を突起部44側から覆うためのものである。このような蓋材21cを用いることにより、例えば上述の除去工程において、補助電極43上から飛散した有機半導体材料が第1電極42上の有機半導体層45や周囲環境を汚染することを防ぐことができる。蓋材21cを構成する材料としては、ガラスやプラスチックなどの透光性を有する材料が用いられる。
次に除去機構30について説明する。除去機構30は、基板24および蓋材21cを通してレーザ光などの光L1を補助電極43上の有機半導体層45に照射することにより、補助電極43上の有機半導体層45を除去するものである。除去機構30は、図5(a)に示すように、例えば、レーザ光を生成する光照射部31を有している。なお蓋材21cを構成する材料としては、レーザ光などの光L1を透過させることができるよう、PET、COP,PP,PE,PC,ガラスフィルムなどの透光性を有する材料が用いられる。
なお蓋材21cは、蓋材21cからガスが流入し、中間製品50と蓋材21cとの間の空間の機密性が低下してしまうことや、中間製品50の構成要素が酸化などによって劣化してしまうことを防ぐため、所定のガスバリア性を備えていることが好ましい。例えば、蓋材21cの酸素透過度は、好ましくは100cc/m2・day以下になっており、より好ましくは30cc/m2・day以下になっており、さらに好ましくは15cc/m2・day以下になっている。
次に、本実施の形態の効果を、比較の形態と比較して説明する。図6(a)(b)は、比較の形態において、補助電極43上の有機半導体層45を除去する方法を示す図である。
上述の本実施の形態において、第1電極42および補助電極43が突起部44よりも先に基材41上に形成される例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、突起部44を第1電極42および補助電極43よりも先に基材41上に形成してもよい。このような場合であっても、上述した本実施の形態による密着工程や除去工程を利用することができる。以下、このような例について図7(a)〜(g)を参照して説明する。
また上述の本実施の形態および変形例において、封止機構20を有する中間製品処理装置15が、補助電極43上の有機半導体層45を除去する除去装置として構成される例を示した。しかしながら、上述の封止機構20の応用例が特に限られることはない。例えば中間製品処理装置15は、図8および図9に示すように、封止機構20と、中間製品50に蓋材21cが密着されている間に被露光層47に対して露光光L2を照射する露光工程を実施する露光機構33と、を有していてもよい。すなわち、素子製造装置10の内部における差圧を利用した上述の密着方法が、露光工程のために適用されてもよい。
若しくは、中間製品処理装置15は、図10および図11(a)(b)に示すように、封止機構20と、中間製品50に蓋材21cが密着されている間に蒸着用材料48に光を照射して蒸着用材料48を基材41上に蒸着させる蒸着機構35と、を有していてもよい。すなわち、素子製造装置10の内部における差圧を利用した上述の密着方法が、蒸着工程のために適用されてもよい。なお、蓋材21cのような柔軟性を有する部材の上に所定の材料を設け、この材料を加熱して蒸発させることにより、別の部材上に材料を付着させる、という方法は、印刷の分野において「昇華転写」と呼ばれる方法である。従って、本変形例における「蒸発」および「蒸着」という用語を、「昇華」および「昇華転写」に読み替えることも可能である。
上述の本実施の形態および各変形例において、基材41が枚葉で供給される例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、基材41は、ロール・トゥー・ロールで供給されてもよい。この場合、ロール・トゥー・ロールで供給されている基材41を蓋材21cに対して接近させる可動ステージなどを用いることによって、上述の本実施の形態および各変形例の場合と同様に、基材41を部分的に蓋材21cによって覆うことができる。
以下、中間製品処理装置15のその他の変形例について説明する。はじめに図12を参照して、本変形例による中間製品処理装置15の概略について説明する。図12は、中間製品処理装置15の主要な構成要素を示す斜視図である。
図12乃至図14(a)〜(f)に示す中間製品処理装置15の変形例においては、光照射部31が第1封止治具61の外部に、例えば大気環境下に配置される例を示した。ところで図12乃至図14(a)〜(f)に示す例においては、光照射部31が大気環境下に配置される場合、上述の準備工程および密閉空間形成工程の間は、上述の第1圧力P1と大気圧との差圧が第1封止治具61の光透過領域61dに加えられることになる。このことは、最大で約1気圧の差圧が光透過領域61dに加えられる可能性があることを意味している。従って、光透過領域61dは、最大で約1気圧の差圧に耐え得るよう構成される必要がある。光透過領域61dが例えば石英によって構成されている場合、約1気圧の差圧に耐えるためには、数cm程度の厚い石英を用いることになる。
ところで、光照射部31は通常、レーザ光などの光を生成する光源に加えて、光を中間製品50に縮小投影するための結像光学系や、レーザ光を集光する集光光学系などの光学系を含んでいる。一方、光照射部31と中間製品50との間に光透過領域61dが存在する場合は、光学系の出射面から中間製品50までの距離、いわゆるワークディスタンスを、光透過領域61dの厚みよりも短くすることができない。従って、光透過領域61dの厚みが大きい場合、ワークディスタンスが長くなり、この結果、光学系の設計の自由度が低下してしまう。また光透過領域61dの厚みが大きいことは、第1封止治具61のコストの増大を招く。
図15(a)〜(f)に示す中間製品処理装置15の変形例においては、第1封止治具61の開閉窓61eが開放されている間、光照射部31の周囲の空間の圧力が蓋材21cの第2面21eに加えられることになる。ところで、蓋材21cの第2面21eに加えられる圧力は、蓋材21cを中間製品50に密着させることができる程度の圧力で十分である。一方、光照射部31の周囲の空間の圧力は一般に、光照射部31の特性や仕様に応じて決定され、例えば1気圧に設定される。従って、図15(a)〜(f)に示す変形例のように、蓋材21cの第2面21e側の空間と光照射部31の周囲の空間とが連通している場合、蓋材21cの第2面21eに加えられる圧力が、蓋材21cを中間製品50に密着させるために必要な圧力を超えた過剰なものになってしまうことがある。
また、蓋材21cの第2面21e側の空間と光照射部31の周囲の空間とが連通しないので、蓋材21cを中間製品50に密着させるための第2圧力P2が過剰に高くなることを防ぐことができる。
ところで、上述の第1電極42、補助電極43、有機半導体層45や第2電極46が、蒸着法やスパッタリング法など、原料となる粒子や分子を基材41に向けて飛来させる成膜法が用いられる場合、不純物によって第1電極42などが汚染されてしまうことを防ぐためには、成膜処理の際、基材41の面のうち第1電極42などが形成される面が下を向いていることが好ましい。なぜなら、基材41の面のうち第1電極42などが形成される面を下に向けることにより、重力によって落下している不純物が第1電極42などに混入してしまうことを防ぐことができるからである。以下の説明において、基材41の面のうち第1電極42などが形成される面のことを素子形成面41aとも称する。
図17は、本変形例における素子製造装置10を概略的に示す図である。本変形例において、素子製造装置10は、基材41の素子形成面41aに第1電極42および補助電極43を形成する第1成膜室18aと、基材41の素子形成面41aに有機半導体層45を形成する第2成膜室18bと、反転室18cと、基材41の素子形成面41aに蓋材21cを密着させた状態で所定の処理を実施する処理室18dと、基材41の素子形成面41aに第2電極46を形成する第3成膜室18eと、を備えている。第1成膜室18aは、上述の第1電極形成装置11および補助電極形成装置12として機能するものであり、第2成膜室18bは、上述の有機半導体層形成装置14として機能するものであり、処理室18dは、上述の中間製品処理装置15として機能するものであり、第3成膜室18eは、上述の第2電極形成装置16として機能するものであると言える。
中間製品処理装置15のさらなる変形例として、図16(a)〜(f)に示す変形例の場合と同様に第3封止治具63が設けられており、かつ図17に示す変形例の場合と同様に素子形成面41aが上を向いた状態の基材41に対して上方から蓋材21cが密着される例について、図18(a)〜(h)を参照して説明する。本変形例において、図16(a)〜(f)に示す変形例と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
ところで、上述の本実施の形態や各変形例においては、周囲から密閉された密閉空間28を蓋材21cの第2面21eに接する空間に形成するために、上述のパッキン25や第1封止治具61を蓋材21cの第2面21eにある程度の力で押し付ける必要がある。この場合、例えば、第1封止治具61との間で蓋材21cを挟み込むための第2封止治具62や基材保持具71の側部71aが必要になるので、中間製品50の周囲の部材の数が増加したり、部材の配置が複雑になってしまったりする。また、上述のパッキン25や第1封止治具61を蓋材21cに押し付けるための力に起因して、中間製品50に何らかのダメージが生じてしまうことも考えられる。このような点を考慮すると、密閉空間28における密閉が、蓋材21cにパッキン25や第1封止治具61を押し付けることによって実現されるのではなく、溶接、接着剤を用いた接着、治具を用いた固定などの安定な密閉方法によって予め実現されていることが好ましい。
一方、溶接などの不可逆的な方法によって蓋材21cを固定してしまうと、中間製品50毎に新たな蓋材21cを用いるこということが困難になり、この結果、蓋材21cに不純物などが蓄積することが考えられる。蓋材21cは、中間製品50に密着されるものであるので、蓋材21cが汚染されていると、得られる有機半導体素子40の品質や信頼性が低下してしまうことが考えられる。
15 中間製品処理装置
20 封止機構
21 蓋材供給部
21c 蓋材
23 加圧部
24 基板
25 パッキン
26 気体注入部
27 フィルム
28 密閉空間
30 除去機構
31 光照射部
40 有機半導体素子
41 基材
42 第1電極
43 補助電極
44 突起部
45 有機半導体層
46 第2電極
50 中間製品
61 第1封止治具
62 第2封止治具
63 第3封止治具
64 外側密閉空間
71 基材保持具
72 補助チャンバ
Claims (18)
- 基材上に素子を形成するための素子製造方法であって、
前記基材と、前記基材の法線方向に延びる突起部と、を含む中間製品を準備する工程と、
前記中間製品を前記突起部の側から蓋材の第1面を用いて覆う工程と、
前記第1面の反対側にある前記蓋材の第2面側に形成されている、周囲から密閉された密閉空間に気体を注入して、前記密閉空間の圧力を、前記蓋材と前記中間製品との間の空間の圧力よりも高くすることにより、前記蓋材の前記第1面を前記中間製品に密着させる密着工程と、を備え、
前記密閉空間は、前記蓋材の前記第2面と対向するよう設けられたフィルムと、前記フィルムが固定された第1封止治具と、によって囲われた空間に形成され、
前記密閉空間は、前記フィルムのうち前記蓋材と対向する側とは反対の側に形成され、
前記密着工程においては、前記密閉空間に気体を注入して、前記密閉空間の圧力を、前記蓋材と前記中間製品との間の空間の圧力よりも高くすることにより、前記密閉空間が膨らんで前記フィルムが前記蓋材側へ変位し、これによって前記フィルムが前記蓋材を押圧し、このことにより前記蓋材の前記第1面が前記中間製品に密着する、素子製造方法。 - 前記素子製造方法は、前記密着工程によって蓋材の前記第1面が前記中間製品に密着されている間に、前記第1封止治具の外部に配置された光照射部を用いて、前記第1封止治具および前記蓋材を通して光を前記中間製品に向けて照射する光照射工程をさらに備え、
前記第1封止治具は、透光性を有する材料から構成された光透過領域を有する、請求項1に記載の素子製造方法。 - 基材上に素子を形成するための素子製造方法であって、
前記基材と、前記基材の法線方向に延びる突起部と、を含む中間製品を準備する工程と、
前記中間製品を前記突起部の側から蓋材の第1面を用いて覆う工程と、
前記第1面の反対側にある前記蓋材の第2面側に形成されている、周囲から密閉された密閉空間に気体を注入して、前記密閉空間の圧力を、前記蓋材と前記中間製品との間の空間の圧力よりも高くすることにより、前記蓋材の前記第1面を前記中間製品に密着させる密着工程と、を備え、
前記素子製造方法は、前記密着工程の前に、前記蓋材の前記第2面に接する空間に、周囲から密閉された前記密閉空間を形成する工程をさらに備え、
前記密閉空間は、前記蓋材の前記第2面と、前記蓋材の前記第2面側に配置された第1封止治具と、によって囲われた空間に形成され、
前記蓋材と前記第1封止治具とが接触するように前記蓋材を前記第1封止治具に向けて移動させることにより、前記密閉空間が形成され、
前記素子製造方法は、前記密着工程によって蓋材の前記第1面が前記中間製品に密着されている間に、前記第1封止治具の外部に配置された光照射部を用いて、前記第1封止治具および前記蓋材を通して光を前記中間製品に向けて照射する光照射工程をさらに備え、
前記第1封止治具は、透光性を有する材料から構成された光透過領域を有する、素子製造方法。 - 前記密着工程の際、前記第1封止治具の前記光透過領域に接する、前記第1封止治具の外部の空間には、大気から遮蔽された外側密閉空間が形成されており、かつ、前記光照射部は前記外側密閉空間の外部に配置されており、
前記光照射工程の際、前記第1封止治具の前記光透過領域に接する、前記第1封止治具の外部の空間は、前記光照射部の周囲の空間と連通している、請求項2または3に記載の素子製造方法。 - 前記蓋材がロール・トゥー・ロールで供給される、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の素子製造方法。
- 基材上に素子を形成するための素子製造方法であって、
前記基材と、前記基材の法線方向に延びる突起部と、を含む中間製品を準備する工程と、
前記中間製品を前記突起部の側から蓋材の第1面を用いて覆う工程と、
前記第1面の反対側にある前記蓋材の第2面側に形成されている、周囲から密閉された密閉空間に気体を注入して、前記密閉空間の圧力を、前記蓋材と前記中間製品との間の空間の圧力よりも高くすることにより、前記蓋材の前記第1面を前記中間製品に密着させる密着工程と、を備え、
前記蓋材がロール・トゥー・ロールで供給される、素子製造方法。 - 前記中間製品を前記突起部の側から蓋材の第1面を用いて覆う工程は、真空環境下で実施されることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の素子製造方法。
- 前記素子は、前記基材と、前記基材上に設けられた複数の第1電極と、前記第1電極間に設けられた補助電極および前記突起部と、前記第1電極上に設けられた有機半導体層と、前記有機半導体層上および前記補助電極上に設けられた第2電極と、を含み、
前記中間製品は、前記基材と、前記基材上に設けられた複数の前記第1電極と、前記第1電極間に設けられた前記補助電極および前記突起部と、前記第1電極上および前記補助電極上に設けられた前記有機半導体層と、を含み、
前記素子製造方法は、前記密着工程の後、前記補助電極上に設けられた前記有機半導体層を除去する除去工程を備える、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の素子製造方法。 - 前記蓋材の前記第1面には蒸着用材料が設けられており、
前記素子製造方法は、前記密着工程の後、前記蒸着用材料に向けて光を照射して前記蒸着用材料を前記基材上に蒸着させる工程を備える、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の素子製造方法。 - 基材上に素子を形成するための素子製造装置であって、
前記基材および前記基材の法線方向に延びる突起部を含む中間製品に、前記突起部の側から蓋材の第1面を密着させる封止機構を備え、
前記封止機構は、蓋材を供給する蓋材供給部と、前記第1面の反対側にある前記蓋材の第2面側に形成されている、周囲から密閉された密閉空間に気体を注入して、前記密閉空間の圧力を、前記蓋材と前記中間製品との間の空間の第1圧力よりも高い第2圧力にすることにより、前記蓋材の前記第1面を前記中間製品に密着させる加圧部と、を有し、
前記密閉空間は、前記蓋材の前記第2面と対向するよう設けられたフィルムと、前記フィルムが固定された第1封止治具と、によって囲われた空間に形成され、
前記密閉空間は、前記フィルムのうち前記蓋材と対向する側とは反対の側に形成され、
前記加圧部は、前記密閉空間に気体を注入して、前記密閉空間の圧力を、前記蓋材と前記中間製品との間の空間の圧力よりも高くすることにより、前記密閉空間が膨らんで前記フィルムが前記蓋材側へ変位し、これによって前記フィルムが前記蓋材を押圧し、このことにより前記蓋材の前記第1面が前記中間製品に密着するよう、構成されている、素子製造装置。 - 前記素子製造装置は、前記第1封止治具の外部に配置された光照射部をさらに備え、
前記光照射部は、前記蓋材の前記第1面が前記中間製品に密着されている間に、前記第1封止治具および前記蓋材を通して光を前記中間製品に向けて照射し、
前記第1封止治具は、透光性を有する材料から構成された光透過領域を有する、請求項10に記載の素子製造装置。 - 基材上に素子を形成するための素子製造装置であって、
前記基材および前記基材の法線方向に延びる突起部を含む中間製品に、前記突起部の側から蓋材の第1面を密着させる封止機構を備え、
前記封止機構は、蓋材を供給する蓋材供給部と、前記第1面の反対側にある前記蓋材の第2面側に形成されている、周囲から密閉された密閉空間に気体を注入して、前記密閉空間の圧力を、前記蓋材と前記中間製品との間の空間の第1圧力よりも高い第2圧力にすることにより、前記蓋材の前記第1面を前記中間製品に密着させる加圧部と、を有し、
前記密閉空間は、前記蓋材の前記第2面と、前記蓋材の前記第2面側に配置された第1封止治具と、によって囲われた空間に形成され、
前記蓋材と前記第1封止治具とが接触するように前記蓋材を前記第1封止治具に対して相対的に移動させることにより、前記密閉空間が形成され、
前記素子製造装置は、前記第1封止治具の外部に配置された光照射部をさらに備え、
前記光照射部は、前記蓋材の前記第1面が前記中間製品に密着されている間に、前記第1封止治具および前記蓋材を通して光を前記中間製品に向けて照射し、
前記第1封止治具は、透光性を有する材料から構成された光透過領域を有する、素子製造装置。 - 前記封止機構は、前記第1封止治具の前記光透過領域に隣接して配置されるとともに開閉自在な開閉窓を備えた第3封止治具をさらに有し、
前記第1封止治具の内部の空間の圧力が前記第2圧力より低いとき、前記第3封止治具の内部の空間には、大気から遮蔽され、かつ前記第1封止治具の前記光透過領域に接する外側密閉空間が形成され、かつ、前記光照射部は前記外側密閉空間の外部に配置され、
前記光照射部が前記中間製品に向けて光を照射する際、前記第3封止治具の前記開閉窓が開放される、請求項11または12に記載の素子製造装置。 - 前記蓋材供給部は、前記蓋材をロール・トゥー・ロールで供給するよう構成されている、請求項10乃至13のいずれか一項に記載の素子製造装置。
- 基材上に素子を形成するための素子製造装置であって、
前記基材および前記基材の法線方向に延びる突起部を含む中間製品に、前記突起部の側から蓋材の第1面を密着させる封止機構を備え、
前記封止機構は、蓋材を供給する蓋材供給部と、前記第1面の反対側にある前記蓋材の第2面側に形成されている、周囲から密閉された密閉空間に気体を注入して、前記密閉空間の圧力を、前記蓋材と前記中間製品との間の空間の圧力よりも高くすることにより、前記蓋材の前記第1面を前記中間製品に密着させる加圧部と、を有し、
前記蓋材供給部は、前記蓋材をロール・トゥー・ロールで供給するよう構成されている、素子製造装置。 - 真空雰囲気に維持されるチャンバをさらに備え、前記チャンバ内で、前記加圧部によって前記中間製品と前記蓋材とを密着させ、真空環境下で基材上に素子を形成するものであることを特徴とする、請求項10乃至15のいずれか一項に記載の素子製造装置。
- 前記素子は、前記基材と、前記基材上に設けられた複数の第1電極と、前記第1電極間に設けられた補助電極および前記突起部と、前記第1電極上に設けられた有機半導体層と、前記有機半導体層上および前記補助電極上に設けられた第2電極と、を含み、
前記中間製品は、前記基材と、前記基材上に設けられた複数の前記第1電極と、前記第1電極間に設けられた前記補助電極および前記突起部と、前記第1電極上および前記補助電極上に設けられた前記有機半導体層と、を含み、
前記素子製造装置は、前記中間製品に前記蓋材が密着されている間に、前記補助電極上に設けられた前記有機半導体層を除去する除去機構を備える、請求項10乃至16のいずれか一項に記載の素子製造装置。 - 前記蓋材の前記第1面には蒸着用材料が設けられており、
前記素子製造装置は、前記中間製品に前記蓋材が密着されている間に前記蒸着用材料に向けて光を照射して前記蒸着用材料を前記基材上に蒸着させる蒸着機構を備える、請求項10乃至16のいずれか一項に記載の素子製造装置。
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