WO2006057353A1 - 薄膜形成方法、蒸着源基板およびその製造方法 - Google Patents

薄膜形成方法、蒸着源基板およびその製造方法 Download PDF

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WO2006057353A1
WO2006057353A1 PCT/JP2005/021718 JP2005021718W WO2006057353A1 WO 2006057353 A1 WO2006057353 A1 WO 2006057353A1 JP 2005021718 W JP2005021718 W JP 2005021718W WO 2006057353 A1 WO2006057353 A1 WO 2006057353A1
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substrate
supply
vapor deposition
deposition
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PCT/JP2005/021718
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Kenji Ishida
Hideyasu Kinbara
Kazumi Matsushige
Noriyuki Shimoji
Original Assignee
Kyoto University
Pioneer Corporation
Nippon Telegraph And Telephone Corporation
Mitsubishi Chemical Corporation
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    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
    • H10K71/13—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating using printing techniques, e.g. ink-jet printing or screen printing
    • H—ELECTRICITY
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    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/40—Organic transistors
    • H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
    • H10K10/466—Lateral bottom-gate IGFETs comprising only a single gate

Definitions

  • the present invention relates to a method for forming a thin film by vapor deposition, a vapor deposition source substrate used in this method, and a method for manufacturing the same.
  • a thin film of an organic material is formed on a substrate such as a glass substrate or a silicon substrate.
  • a vacuum deposition method is generally applied to the formation of this thin film.
  • FIG. 26 is an illustrative view showing a configuration for forming a thin film by a normal vacuum deposition method.
  • a vapor deposition source 2 is disposed in the vacuum chamber L, and a substrate 3 on which a thin film is to be formed is disposed so as to face the vapor deposition source 2.
  • a mask (shadow mask) 4 is disposed between the substrate 3 and the vapor deposition source 2.
  • the mask 4 has an opening 5 corresponding to a thin film pattern to be formed on the substrate 3.
  • the material molecules that evaporate in the evaporation source 2 and fly toward the substrate 3 through the openings 3 reach the surface of the substrate 3 through the openings 5 and adhere to the substrate 3 to form a pattern of the thin film 6.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-241923
  • the substrate 3 and the mask 4 are arranged as close as possible, and the distance between the substrate 3 and the mask 4 and the vapor deposition source 2 is reduced. It should be taken as long as possible (eg 15 cm to lm). Therefore, the size of vacuum chamber 1 Inevitably grows.
  • a vacuum chamber 1 as a high vacuum state for example 10- 5 to 10-7 Pa, the gas molecules It is necessary to set the condition that the mean free path is sufficiently long.
  • Saraku also has a problem when gas molecules flying from the vapor deposition source 2 are trapped in the mask 4 and block the opening 5, resulting in V, a so-called mask clogging 7.
  • gas molecules generated from the deposition source 2 do not necessarily reach the surface of the substrate 3, they also reach the inner wall of the vacuum chamber 1, which causes a problem that the inside of the vacuum chamber 1 is significantly contaminated. .
  • an object of the present invention is to solve the above-described technical problem as an example, and to provide a thin film forming method capable of forming a thin film on a substrate with a simple configuration. It is.
  • Another object of the present invention is to provide a vapor deposition source substrate for the thin film forming method and a method for manufacturing the same.
  • the invention according to claim 1 for achieving the above object is a method of forming a thin film of the film material by vapor-depositing a predetermined film material on a thin film forming surface of a substrate to be vapor-deposited.
  • the thin film formation surface of the deposition substrate and the material supply surface of the supply substrate carrying the film material on the material supply surface are the film material on the supply substrate and the thin film formation surface of the deposition substrate.
  • the film on the material supply surface in a state in which a predetermined gap is secured therebetween and the supply substrate and the deposition target substrate are arranged to face each other in the close arrangement process.
  • a thin film forming method including a vapor deposition step (proximity vapor deposition step). “Nearly opposed arrangement” includes both the case where the thin film forming surface and the material supply surface are in contact with each other, and the case where a minute gap is opened between them.
  • the film material on the material supply surface is evaporated in a state where the thin film formation surface of the deposition target substrate and the material supply surface of the supply substrate are arranged to face each other, thereby causing the gas molecules and
  • the formed film material is transported to the thin film forming surface, and a thin film is formed on the thin film forming surface.
  • the film material is transported from each region where the film material is formed on the material supply surface to each opposed region of the thin film forming surface facing the material material surface.
  • a good thin film can be formed on the thin film forming surface of the deposition substrate without increasing the distance between the deposition substrate and the supply substrate.
  • the thin film formation surface and the material supply surface are arranged close to each other, the film material evaporated from the material supply surface easily reaches the thin film formation surface. Therefore, it is not necessary to perform the vapor deposition process in a high vacuum atmosphere.
  • a thin film can be formed on the thin film forming surface of the evaporation target substrate without requiring expensive equipment for forming a high vacuum space.
  • the vapor deposition process does not need to be performed in a high vacuum atmosphere. For example, it is sufficient if it is performed in a low vacuum space of about 1 to 10 Pa. Also, low molecular weight organic materials can be deposited under atmospheric pressure.
  • the film material to be deposited on the deposition target substrate can be distributed on the material supply surface of the supply substrate, a deposition source having substantially no directivity can be configured. As a result, a thin film having a uniform thickness can be formed on the thin film forming surface.
  • the deposition target substrate has a large area, it is only necessary to form the supply substrate in a large area accordingly, so that the formation of a thin film on the large area thin film formation surface can be realized. it can.
  • the gap between the film material on the supply substrate and the thin film forming surface is 100 times the mean free path of the film material evaporated from the supply substrate.
  • the gap between the film material on the supply substrate and the thin film forming surface is an average of the evaporated film material. If it is less than 10 times the free path, it is more preferable if it is less than the preferred average free path. More specifically, the gap is preferably 10 mm or less, more preferably 1 mm or less, and even more preferably 100 ⁇ m or less.
  • the temperature of the deposition substrate is preferably set lower than the temperature of the supply substrate (for example, a temperature difference of about 50 ° C.). This makes it easier for the film to grow on the thin film formation surface of the lower temperature deposition substrate, and the deposition efficiency can be increased. By providing a temperature gradient in this way, film formation in the atmosphere is possible.
  • the temperature of the supply substrate can be surely made higher than that of the deposition substrate by placing the supply substrate near a heat source or incorporating a heating means (heater) in the supply substrate. It can.
  • a micro heater made of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) can be placed near the film material carried on the supply substrate, or a heating resistor can be placed near the film material on the supply substrate.
  • the temperature may be higher than that of the deposition substrate.
  • the supply substrate may be heated by induction heating, thereby causing evaporation of the film material and keeping the deposition target substrate at a lower temperature than the supply substrate. In the case of induction heating, there is an advantage that the temperature of the supply substrate can be increased without bringing a heat source into contact with or built in the supply substrate.
  • a cooling mechanism may be attached to the deposition target substrate in order to create a temperature difference between the deposition target substrate and the supply substrate.
  • a cooling mechanism include a Peltier element and a helium chuck.
  • the deposition substrate may be cooled with cooling water.
  • by selectively cooling only a partial region of the deposition substrate it is possible to selectively attach the film material to the region.
  • the film material is arranged on the material supply surface of the supply substrate in a pattern corresponding to the thin film pattern to be formed on the thin film formation surface of the deposition target substrate.
  • the film material is patterned on the material supply surface of the supply substrate, when evaporation is performed on the thin film formation surface of the deposition target substrate by evaporation from the film material, the pattern of the film material is obtained. A thin film pattern corresponding to is obtained. This requires a vapor deposition mask A thin film can be patterned on the thin film forming surface of the deposition target substrate. Of course, complicated patterning processes such as photolithography are not required.
  • a concave portion having a pattern corresponding to a thin film pattern to be formed on the thin film forming surface of the deposition target substrate is formed on the material supply surface of the supply substrate.
  • a recess is formed in the material supply surface of the supply substrate, and a thin film material is disposed in the recess. Therefore, the material supply surface and the thin film forming surface can be brought into close proximity with each other or with each other.
  • the recess may be formed by etching the material supply surface force supply substrate, or the supply substrate is formed of a plurality of layers, and an opening is formed in at least one layer on the material supply surface side. This may be a recess.
  • the invention according to claim 5 is characterized in that, in the opposing arrangement step, a substantially closed local closed space is defined by the recess and the thin film forming surface of the deposition target substrate. 5.
  • a thin film is formed on the thin film forming surface between the thin film forming surface of the deposition target substrate and the material supply surface of the supply substrate. 2.
  • a substantially closed local closed space is defined facing the region to be formed.
  • evaporation of the film material occurs in a substantially sealed space, and this film material is deposited on the thin film forming surface of the evaporation target substrate. Therefore, efficient evaporation is possible.
  • a thin film having a fine pattern can be formed on the thin film forming surface.
  • the invention according to claim 7 is the thin film forming method according to claim 1, wherein an elastically deformable layer is interposed between the deposition target substrate and the supply substrate in the facing arrangement step. It is.
  • an opening is formed in the elastic deformation layer so as not to hinder the transport of the liquid molecules of the film material from the supply substrate to the deposition target substrate. As a result, movement of film material molecules occurs in the sealed space, so that the thin film can be efficiently grown on the thin film forming surface of the evaporation target substrate.
  • the opening formed in the elastically deformable layer is preferably formed in a pattern corresponding to the pattern of the thin film to be formed in the deposition target substrate.
  • the material of the elastically deformable layer preferably has a melting point (eg, 330 ° C) that is equal to or higher than the substrate temperature in the vapor deposition step.
  • the elastic deformation layer is preferably an insulating material card.
  • the substrate to be deposited may be a substrate having flexibility (for example, a flexible substrate).
  • the deposition target substrate and the supply substrate can be easily brought into close contact without requiring an elastically deformable layer.
  • the deposition substrate is flexible, a flexible device can be manufactured.
  • the invention according to claim 8 is characterized in that, in the vapor deposition step, the temperature of the deposition target substrate is maintained at a lower temperature than the temperature of the supply substrate. Is the law.
  • the invention according to claim 9 is the thin film forming method according to claim 1, wherein in the vapor deposition step, a heat insulating layer is interposed between the deposition target substrate and the supply substrate.
  • a temperature gradient can be easily formed between the deposition target substrate and the supply substrate, thereby enabling efficient deposition processing.
  • the heat insulating layer is preferably made of a material having a lower thermal conductivity than the substrate to be deposited (for example, a material having a thermal conductivity of 100 W • m ⁇ K— 1 or less). Alternatively, glass or the like can be used as a constituent material. Further, a thick film such as silicon oxide can be formed on the surface of either the deposition substrate or the supply substrate and used as a heat insulating layer. [0037] The heat insulating layer may be integrated with the deposition target substrate or the supply substrate by applying a heat insulating material or attaching a heat insulating layer member thereto.
  • an underlayer may be formed on the thin film forming surface before the vapor deposition step.
  • an organic material is used as a film material and an organic thin film is formed on a thin film forming surface
  • an organic base film is formed on the thin film forming surface in advance, so that thin film formation by vapor deposition can proceed efficiently.
  • the underlayer can be formed by a date method or a spin coating method.
  • the facing arrangement step and the vapor deposition step are performed using the first supply substrate carrying the first film material on the material supply surface, and then the second film 2.
  • first film material and the second film material may be the same material or different materials.
  • first film material and the second film material may be arranged on the material supply surface of each supply substrate in different patterns, or may be arranged on the material supply surface of each supply substrate in the same pattern. .
  • the supply substrate carries two or more types of film materials on the material supply surface
  • the vapor deposition step includes two or more types of films on the material supply surface.
  • the thin film forming method according to claim 1, comprising a step of simultaneously vapor-depositing the material on the thin film forming surface.
  • the invention according to claim 12 is the thin film forming method according to claim 11, wherein the mixture of the two or more kinds of film materials is supported on the material supply surface.
  • a thin film of the mixture can be formed on the thin film forming surface of the deposition target substrate. If the mixture ratio of the mixture to be supported on the material supply surface is set to a predetermined value in advance, a constant composition ratio can be easily obtained. It is possible to deposit a mixture thin film.
  • the invention according to claim 13 is the thin film forming method according to claim 11, wherein the two or more kinds of film materials are arranged in different regions of the material supply surface.
  • the first film material is arranged in the first region of the supply substrate, and the second film material is arranged in the second region of the material supply surface of the supply substrate.
  • the temperature of the region may be individually controlled.
  • a recess for arranging the film material is formed on the material supply surface of the supply substrate, the distance between the film material and the deposition target substrate is adjusted according to the decrease in the film material in the recess.
  • a deformable layer having a variable thickness for example, an elastically deformable layer made of fluorine resin
  • the depth of the recess may be adjusted.
  • a movable mechanism having a micromachine force using a piezo element or the like may be provided so that the depth of the recess can be adjusted.
  • the invention according to claim 14 irradiates the thin film deposited on the deposition target substrate from the surface opposite to the thin film formation surface of the deposition target substrate with light transmitted through the deposition target substrate.
  • light for causing a photopolymerization reaction can be supplied to the thin film deposited on the deposition substrate.
  • the vapor deposition film can be polymerized and its durability can be enhanced.
  • the step of irradiating the thin film with light is performed in parallel with the vapor deposition step, the photopolymerization reaction can proceed simultaneously with the vapor deposition.
  • the thin film formation surface of the substrate to be deposited in the vapor deposition step, is in a horizontal posture facing upward, and the material supply surface of the supply substrate is horizontally directed downward. 2.
  • the substrate to be deposited can be subjected to the deposition process in a horizontal posture with the thin film formation surface facing upward. As a result, it is not necessary to invert the deposition substrate so that the thin film formation surface is directed downward, and the transporting process of the deposition substrate is simplified.
  • the vapor deposition step has a horizontal posture in which the thin film forming surface of the deposition target substrate is directed downward, and the material supply surface of the supply substrate is oriented in a horizontal posture upward. 2.
  • the thin film material can be supplied onto the supply substrate in a liquid state, for example. More specifically, for example, an organic material is dissolved in an organic solvent and supplied (for example, dropped) onto a material supply surface (for example, in a recess formed on the material supply surface), so that the film material is Can be supplied to the material supply surface.
  • the invention according to claim 17 is a vapor deposition source substrate serving as a vapor deposition source for supplying a predetermined film material as a gas molecule to a thin film forming surface of the vapor deposition substrate, wherein the thin film of the vapor deposition substrate A deposition source substrate, wherein the film material is arranged in a pattern corresponding to a thin film pattern to be formed on a thin film formation surface of the deposition target substrate on a material supply surface to be opposed to the formation surface.
  • This evaporation source substrate can be used as a supply substrate in the above-described thin film forming method.
  • the invention of claim 18 is characterized in that a concave portion of a pattern corresponding to the thin film pattern is formed on the material supply surface, and the film material is arranged in the concave portion.
  • the vapor deposition source substrate according to claim 17. By using this vapor deposition source substrate in close proximity to the vapor deposition substrate, a local closed space can be formed on the thin film formation surface of the vapor deposition substrate, and vapor deposition can proceed efficiently in this space.
  • the invention according to claim 19 is a vapor deposition source substrate that should constitute a vapor deposition source for supplying a predetermined film material as a gas molecule to a thin film forming surface of the vapor deposition substrate.
  • the material supply surface to be opposed to the thin film forming surface has a recess where the film material can be arranged, and this recess corresponds to the thin film pattern to be formed on the thin film forming surface of the substrate to be deposited.
  • An evaporation source substrate is formed in a pattern to be formed. Said The vapor deposition source substrate according to claim 18 is obtained by disposing a film material in the recess.
  • the invention according to claim 20 is the vapor deposition source substrate according to claim 17, further comprising a heat insulating layer disposed on the material supply surface.
  • the invention according to claim 21 is the vapor deposition source substrate according to claim 17, further comprising an elastic deformation layer disposed on the material supply surface.
  • the invention according to claim 22 is the vapor deposition source substrate according to claim 17, wherein heating means for heating and evaporating the film material is incorporated. According to this configuration, the film material can be heated and vaporized by the heating means, and the vapor deposition process can be performed without requiring a separate heating means.
  • the invention according to claim 23 is the vapor deposition source substrate according to claim 17, characterized in that it is made of a material capable of induction heating. According to this configuration, the film material can be heated and vaporized by placing the vapor deposition source substrate close to the induction heating source. That is, for example, the deposition source substrate can be heated in a non-contact manner.
  • the invention according to claim 24 is the vapor deposition source substrate according to claim 17, characterized in that it is made of a material that is transparent to light of a predetermined wavelength.
  • the film material is applied from the surface opposite to the material supply surface of the vapor deposition source substrate by the light of the predetermined wavelength.
  • This film material can be altered by exposure. For example, if a light-shielding mask having a predetermined pattern is formed on the opposite surface, the film material can be selectively exposed and patterned.
  • the invention according to claim 25 is a method for producing a deposition source substrate which is a deposition source for supplying a predetermined film material as a gas molecule to a thin film forming surface of a deposition target substrate, The thin film of the vapor deposition substrate is placed on the material supply surface to be opposed to the thin film formation surface of the vapor deposition substrate.
  • a method for manufacturing a vapor deposition source substrate comprising the step of arranging the film material in a pattern corresponding to a thin film pattern to be formed on a formation surface. As a result, a vapor deposition source substrate for forming a thin film pattern opposite to the vapor deposition substrate can be obtained.
  • the invention described in claim 26 is a method for producing a deposition source substrate which is a deposition source for supplying a predetermined film material as gas molecules to a thin film forming surface of a deposition target substrate, Forming a recess with a pattern corresponding to the thin film pattern to be formed on the thin film formation surface of the deposition substrate on the material supply surface to be opposed to the thin film formation surface of the deposition substrate; and And a step of disposing a film material.
  • a deposition source substrate which is a deposition source for supplying a predetermined film material as gas molecules to a thin film forming surface of a deposition target substrate, Forming a recess with a pattern corresponding to the thin film pattern to be formed on the thin film formation surface of the deposition substrate on the material supply surface to be opposed to the thin film formation surface of the deposition substrate; and And a step of disposing a film material.
  • the step of disposing the film material includes a step of supplying (for example, dropping) a solution in which the film material is dissolved in a predetermined solvent into the recess.
  • the invention according to claim 28 is characterized in that the step of disposing the film material includes a step of disposing a granular film material having a size capable of entering the recess into the recess.
  • the method for producing a vapor deposition source substrate according to claim 26 the film material can be placed in the recess very easily. Specifically, for example, if the granular film material is supplied to the entire surface of the material supply surface and then the granular film material outside the recess is shaken off, the film material will remain only in the recess.
  • the step of arranging the film material includes a step of covering a region outside the recess of the material supply surface with a mask member, and a step of supplying the film material to the entire material supply surface 27.
  • a supply port for supplying a film material may be formed on the side opposite to the material supply surface of the supply substrate. This facilitates the supply of the film material to the material supply surface (for example, in a recess formed in the material supply surface).
  • the film material is formed on the entire surface of the material supply surface of the supply substrate by vapor deposition or coating, and then the unnecessary portion of the film material is etched. If you remove it.
  • the wettability on the material supply surface is selectively adjusted, when the film material is formed on the material supply surface in a solution state, the film is formed in a certain pattern according to the adjusted wettability.
  • the material can be placed on the material supply surface. For example, when a concave portion is formed on the material supply surface, if the wettability of the inner wall surface of the concave portion is increased, when the film material is supplied in a solution state, adhesion of the film material outside the concave portion is prevented. It can be effectively prevented or suppressed.
  • the coating film material outside the recess may be physically removed.
  • unnecessary film material can be quickly removed from the material supply surface outside the recess.
  • polishing after depositing a film material on the entire surface of the material supply surface, remove unnecessary film material outside the recesses by polishing.
  • the supply substrate is formed in, for example, a long band shape, and can be accommodated by winding it in a roll shape. That is, it is possible to carry out the vapor deposition process (film formation process) on the deposition target substrate one after another while pulling out the supply substrate.
  • the plurality of deposition substrates are A substrate holding device equipped with an electromagnetic device or the like may be placed in close proximity to the supply substrate one by one in order.
  • the film material to be vapor-deposited may be an organic material (organic semiconductor material) as described above, and may be a metal as long as it has a lower melting point (sublimation temperature) than the supply substrate or the vapor deposition substrate. It may be a material. Even if the film material has a higher melting point than the substrate material, If it is in the state of being covered with a coating film, vapor deposition is possible.
  • FIG. 1 is an illustrative view for explaining a thin film forming method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a substrate to be deposited with a thin film pattern formed thereon.
  • FIG. 3 is an illustrative view showing, in an enlarged manner, the configuration in the vicinity of the recess of the supply substrate.
  • FIG. 41 is an illustrative view showing the state of aggregation and desorption of gas molecules in the membrane material (when the degree of supersaturation ⁇ is relatively low).
  • Fig. 42 is an illustrative view showing the state of aggregation and desorption of gas molecules in the membrane material (when the degree of supersaturation ⁇ is relatively high).
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the mean free path of nitrogen gas and the pressure.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the mean free path of gas molecules of the membrane material and the pressure.
  • FIG. 7 is an illustrative view showing a more specific method of forming a thin film on a thin film forming surface of a substrate to be deposited in order of steps.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a field effect transistor (FET) using a 3 ⁇ thin film as a semiconductor active layer.
  • FET field effect transistor
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of measurement results of the characteristics of the FET shown in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing characteristics when a FET having a similar structure is formed by a normal vacuum evaporation method.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing another specific process for forming a thin film.
  • Fig. 12-1 shows the characteristics (drain voltage-drain current) of FETs using the ⁇ 3 ⁇ thin film formed in accordance with the process of Fig. 11 ( ⁇ 3 ⁇ solution dripping amount: about 51) as the semiconductor active layer.
  • FIG. 12-1 shows the characteristics (drain voltage-drain current) of FETs using the ⁇ 3 ⁇ thin film formed in accordance with the process of Fig. 11 ( ⁇ 3 ⁇ solution dripping amount: about 51) as the semiconductor active layer.
  • FIG. 12-2 shows the characteristics (gate voltage-drain current) of FETs using the ⁇ 3 ⁇ thin film formed in accordance with the process of Fig. 11 ( ⁇ 3 ⁇ solution dripping amount: about 51) as the semiconductor active layer.
  • FIG. 13-1 shows the FET characteristics (drain voltage-drain current) using the P3T thin film formed in accordance with the process of Fig. 11 (P3T solution dripping amount: about 50 1) as the semiconductor active layer.
  • FIG. 12-2 shows the characteristics (gate voltage-drain current) of FETs using the ⁇ 3 ⁇ thin film formed in accordance with the process of Fig. 11 ( ⁇ 3 ⁇ solution dripping amount: about 51) as the semiconductor active layer.
  • FIG. 13-1 shows the FET characteristics (drain voltage-drain current) using the P3T thin film formed in accordance with the process of Fig. 11 (P3T solution dripping amount: about 50 1) as the semiconductor active layer.
  • Fig. 13-2 shows the FET characteristics (gate voltage-drain current) using the P3T thin film formed according to the process of Fig. 11 (P3T solution dripping amount: about 50 1) as the semiconductor active layer.
  • FIG. 13-2 shows the FET characteristics (gate voltage-drain current) using the P3T thin film formed according to the process of Fig. 11 (P3T solution dripping amount: about 50 1) as the semiconductor active layer.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view for explaining still another specific example of the thin film forming step.
  • FIG. 15 is an illustrative view showing a configuration example in which a fluorine resin spacer is arranged on a flat surface of a supply substrate to form a recess for arranging a film material.
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing an example of a process for manufacturing a supply substrate.
  • FIG. 17 is a diagram showing an application example of a thin film forming process.
  • FIG. 18 is a schematic perspective view showing another example of the supply substrate.
  • FIG. 19 is a schematic cross-sectional view for explaining another process for forming a thin film on the thin film forming surface of the evaporation target substrate.
  • FIG. 20 is a schematic sectional view for explaining another example of the supply substrate.
  • FIG. 21 is an illustrative view showing one example of a film material supply method for a recess of a supply substrate.
  • FIG. 22 is an illustrative view showing another example of a method of supplying a film material to the recess of the supply substrate.
  • FIG. 23 is an illustrative view showing a process of forming a thin film pattern on a substrate to be deposited by vapor deposition with a film material force disposed on the entire surface of the material supply surface.
  • FIG. 24 is an illustrative view showing a process of forming a thin film pattern on a deposition target substrate by vapor deposition of a film material force pattern arranged on a flat material supply surface.
  • FIG. 25 is an illustrative view showing a process for performing proximity deposition while cooling a substrate to be deposited.
  • FIG. 26 is an illustrative view showing a configuration for forming a thin film by a normal vacuum deposition method. is there. Explanation of symbols
  • FIG. 1 is an illustrative view for explaining a thin film forming method according to an embodiment of the present invention.
  • the pattern of the thin film 12 is formed on the thin film forming surface 11 which is one surface of the deposition target substrate 10 such as a glass substrate or a silicon substrate by a vapor deposition method.
  • a supply substrate 20 deposition source substrate
  • a concave portion 22 having a pattern corresponding to the pattern of the thin film 12 is formed in the material supply surface 21 facing the thin film forming surface 11 of the deposition target substrate 10.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the deposition target substrate 10 in a state where the pattern of the thin film 12 is formed.
  • the pattern of the thin film 12 is formed in a plurality of dispersed regions on the thin film forming surface 11 of the deposition target substrate 10.
  • the deposition substrate 10 is formed in a rectangular shape, and a bowl-shaped alignment mark 13 is formed at each of the four corners. With reference to the alignment mark 13, the supply substrate 20 is placed close to the deposition substrate 10 with the material supply surface 21 facing the thin film formation surface 11 of the deposition substrate 10. That's true.
  • the recess 22 formed in the supply substrate 20 is formed in a mirror image pattern of the turn of the thin film 12 to be formed on the thin film forming surface 11 of the deposition target substrate 10.
  • the film material 23 in the recess 22 of the supply substrate 20 is heated in a state where the deposition substrate 10 and the supply substrate 20 are arranged close to each other, the film material evaporates into gas molecules, and a thin film is formed on the deposition substrate 10. Guided to side 11. As a result, the film material in the recess 22 is transferred to the thin film forming surface 11 and a pattern of the thin film 12 as shown in FIG. 2 is obtained.
  • FIG. 3 is an illustrative view showing an enlarged configuration in the vicinity of the recess 22, and schematically shows a state during the deposition of the thin film 12.
  • a gap is formed between the thin film formation surface 11 of the deposition substrate 10 and the material supply surface 21 of the supply substrate 20 between the film material 23 in the recess 22 and the thin film 12 formed on the thin film formation surface 11. In this state, they are arranged close to each other (including the case where the thin film forming surface 11 and the material supply surface 21 are in contact).
  • a substantially sealed space (locally closed space) 15 is formed by the inner wall surface of the recess 22 and the thin film forming surface 11 of the deposition substrate 10.
  • FIG. 4 schematically shows the state of aggregation and separation of gas molecules in the membrane material.
  • FIG. 41 is a diagram showing a state where the degree of supersaturation ⁇ is relatively low
  • FIG. 42 is a diagram showing a state where the degree of supersaturation ⁇ is relatively high. Since the degree of supersaturation ⁇ is high in the local closed space 15 (see FIG. 3), it is not necessary to place the deposition substrate 10 and the supply substrate 20 under a high vacuum.
  • the mean free path example is the atmospheric pressure (760 Torr), becomes less 0. 1 m, 10 - the 50m at a pressure of about 6 Torr. Therefore, if the depth of the recess 22 is on the order of m to mm, film formation can be performed under a low vacuum of about 1 to 10 Pa. That is, in such a low-vacuum atmosphere, the film material 23 easily reaches the thin film forming surface 11 of the substrate 10 in the local closed space 15 and forms a thin film on the thin film forming surface 11. become.
  • the mean free path ⁇ of the molecule is about 370 ⁇ m, and the mean free path X at atmospheric pressure (10 5 Pa) is about 4 nm.
  • the space in the recess 22 forms a local closed space 15, and since the supersaturation ⁇ is high, the aggregation of molecules on the thin film forming surface 11 proceeds efficiently, so that the material gas molecule If the distance is about 100 times the mean free path of ⁇ , gas molecules can move sufficiently. Therefore, if the depth of the recess 22 is set to the order of m to mm, a low true value of about lPa is achieved. It is considered that the thin film 12 can be formed even in the atmosphere with atmospheric pressure and atmospheric pressure.
  • a low vacuum level of about OPa can be achieved by a relatively inexpensive rotary pump, and an expensive turbo molecular pump or the like is not required. Therefore, a good thin film can be formed with inexpensive vacuum equipment.
  • the temperature is 250 ° C (523K)
  • the frequency F of the incidence of gas molecules in the thin film material per unit area per second is given by the following equation.
  • the atomic density of the solid surface is about 1 X 10 19 (atomic Zm 2 ). Therefore, assuming that all the molecules incident on the solid surface adsorb, the solid surface is covered in about 1 second. Assuming that the film is formed at atmospheric pressure (10 5 Pa), the solid surface is covered in about 1 second.
  • FIG. 7 is an illustrative view showing a more specific method of forming a thin film on the thin film forming surface 11 of the evaporation donor substrate 10 in the order of steps.
  • the supply substrate 20 is manufactured (FIG. 7 (a)). That is, for example, the pattern of the recess 22 is formed on the material supply surface 21 of the supply substrate 20 having a silicon substrate force by wet etching or dry etching.
  • a film material 23 is attached to the material supply surface 21 of the supply substrate 20 in which the recess 22 is formed by vapor deposition.
  • P3T which is an organic film material
  • the P3T molecules are evaporated from the evaporation crucible 17 and attached to the entire surface of the material supply surface 21.
  • the thickness of the P3T thin film is, for example, 40 nm, and the deposition rate is, for example, 0.5 nmZ.
  • an unnecessary film adhering to the material supply surface 21 outside the recess 22 Material 23 is physically removed.
  • This unnecessary film material 23 may be removed, for example, by wiping the material supply surface 21 with a semi-dry tissue paper KW with acetone! / ⁇ .
  • the film material 23 is disposed only in the recess 22, and the film material 23 does not exist on the material supply surface 21 outside the recess 22.
  • the deposition target substrate 10 such as a silicon substrate is placed with the thin film forming surface 11 facing upward on the heater 18 as a heating means.
  • the supply substrate 20 is placed on the thin film formation surface 11 with the material supply surface 21 facing the thin film formation surface 11. That is, the deposition substrate 10 is placed on the heating surface 19 of the heater 18 with the thin film formation surface 11 facing upward, and the supply substrate 20 is placed on the thin film formation surface 11 with the material supply surface 21 facing downward.
  • the thin film forming surface 11 and the material supply surface are in contact with each other.
  • the heater 18 is energized and controlled so that, for example, the heating surface 19 is 160 ° C. or higher.
  • P3T which is the film material 23
  • the recess 22 It adheres to each area
  • the film material 23 in the recess 22 can be transferred to the thin film forming surface 11 and the pattern of the thin film 12 can be formed on the thin film forming surface 11.
  • another comparative supply substrate 20R (supply substrate 20) is placed on the heating surface 19 of the calorie heater 18 in order to monitor the progress of the thin film formation by vapor deposition. Is equivalent to the material supply surface 21 facing upward.
  • a crystal resonator monitor 25 as a film thickness monitor is disposed above the material supply surface 21. Based on the output of the crystal oscillator monitor 25, by controlling the energization of the heater 18 while monitoring the film formation speed and film thickness, P3T with the desired film thickness at the desired film formation speed on the thin film formation surface 11 is obtained.
  • a thin film can be grown.
  • the deposition rate is 0.5 nmZ and the film thickness is 25 nm.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a field effect transistor (FET) using the P3T thin film as described above as a semiconductor active layer.
  • FET field effect transistor
  • a thin film 12 made of P3T is formed on the thin film forming surface 11 of the deposition target substrate 10 (that is, the surface of the silicon oxide film 27).
  • a pair of electrodes 28 and 29 serving as a source and a drain are formed with a predetermined channel length L so as to be in contact with the thin film 12.
  • the material of the electrodes 28 and 29 is gold, for example.
  • FIG. 9 shows an example of measurement results of the characteristics of the FET shown in FIG. However, the characteristics are when the channel length L is 30-50 / ⁇ ⁇ and the channel width is 2 mm.
  • Figure 9 shows the characteristics of the drain current (current flowing between electrodes 28 and 29) with respect to the drain voltage (voltage applied between electrodes 28 and 29).
  • Various gate voltages Vg applied voltage to silicon substrate 26 It is expressed against.
  • the threshold voltage V in the saturation region is 38.9V, and the saturation mobility
  • Fig. 10 shows the characteristics when a FET with a similar structure is formed by the usual vacuum evaporation method.
  • the threshold voltage V in the saturation region is 14.IV.
  • FIG. 11 is a schematic sectional view showing another specific process for forming a thin film.
  • a supply substrate 20 in which a pattern of recesses 22 corresponding to a desired thin film formation pattern is formed on the material supply surface 21 is prepared in advance.
  • a P3T solution 35 is dropped into the recess 22 of the supply substrate 20 using a microsyringe.
  • the P3T solution 35 is, for example, a solution in which P3T is dissolved in acetone as a solvent, and its concentration is, for example, about 0.06%. In this case, if the amount of one drop is about 51, the P3T per drop is 3 ng (nanodalam).
  • Acetone which is the solvent of the P3T solution 35, is an organic solvent and has volatility. As a result, only P3T is left as the film material 23 in the recess 22.
  • the supply substrate 20 is placed on the heating surface 19 of the heater 18. At this time, the supply substrate 20 is in a posture with its material supply surface 21 facing upward. On the material supply surface 21 of the supply substrate 20, the deposition target substrate 10 is placed with the thin film formation surface 11 facing downward.
  • the temperature of the deposition substrate 10 can be made lower than that of the supply substrate 20, so that the efficiency of forming a thin film on the deposition substrate 10 can be increased. .
  • FIG. 11 (b)
  • another comparative supply substrate 20R (equivalent to the supply substrate 20) is placed on the heater 18 in order to monitor the deposition rate and film thickness.
  • the film material 23 is disposed in the same manner as the supply substrate 20.
  • a crystal resonator monitor 25 as a film thickness monitor is arranged. By monitoring the output of the crystal oscillator monitor 25, the deposition rate, that is, the deposition rate can be monitored, and the deposited film thickness can be obtained.
  • the calo heat heater 18 is energized and controlled so that the heating surface 19 becomes 145 ° C. to 190 ° C. while the temperature of the heating surface 19 is monitored by the thermocouple 34, for example.
  • the film material 23 disposed in the recess 22 starts to evaporate and fills the local closed space defined by the recess 22.
  • the gas molecules of the film material 23 in the recess 22 are transported to the region on the thin film forming surface 11 corresponding to the recess 22 (proximity vapor deposition step).
  • a pattern of the thin film 12 corresponding to the pattern of the recess 22 is formed on the thin film forming surface 11.
  • the deposition rate is, for example, about 1. OnmZ for the initial stage of deposition and about 0.1 nmZ for the later stage of deposition.
  • the film thickness of the thin film 12 is, for example, about 7 nm.
  • FIG. 12 and FIG. 13 are diagrams showing the characteristics of FETs in which a P3T thin film formed according to the process of FIG. 11 is used as a semiconductor active layer.
  • Fig. 12 shows the FET characteristics for a P3T thin film formed with a P3T solution drop rate of approximately 51 (1 drop).
  • Fig. 13 shows the P3T solution drop rate of 50 1 (10 drops). Shows FET characteristics using P3T thin film.
  • Figure 12-1 and Figure 13-1 show the drain current characteristics with respect to the drain voltage, respectively, and show the characteristics when the gate voltage Vg is set to 50V, 40V, 30V, 20V, 10V, and OV. It has been done.
  • Figures 12-2 and 13-2 show the change in drain current with respect to the gate voltage Vg.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view for explaining still another specific example of the thin film forming process.
  • a P3T solution 35 (for example, having a concentration of about 0.5 mgZg using paraxylene as a solvent) is placed in the recess 22 of the supply substrate 20 as a micro syringe.
  • the film material 23 made of P3T is placed in the recess 22 by dropping the film.
  • the supply substrate 20 in this state is placed on the heating surface 19 of the heater 18, as shown in FIG. 14 (b). At this time, the material supply surface 21 is in an upward state. On this material supply surface 21, a fluorine resin spacer 30 as a heat insulating layer and an elastic deformation layer is placed.
  • the fluorine resin spacer 30 is, for example, a plate-like body having a thickness of about 3 mm. An opening 31 having substantially the same pattern as the recess 22 is formed, and the opening 31 is aligned with the recess 22.
  • a deposition target substrate 10 for example, a silicon substrate
  • a deposition target substrate 10 is placed on the fluorine resin spacer 30.
  • the thin film forming surface 11 of the deposition substrate 10 and the material supply surface 21 of the supply substrate 20 With, the fluorine resin spacer 30 is interposed therebetween, and the deposition substrate 10 and the supply substrate 20 come into contact with both surfaces of the fluorine resin spacer 30, respectively.
  • the heater 18 is energized and controlled so that the temperature of the heating surface 19 monitored by the thermocouple 34 becomes, for example, 250 ° C.
  • a comparative supply substrate 20R produced in the same manner as the supply substrate 20 is placed on the heating surface 19, and a crystal resonator monitor 25 as a film thickness monitor is placed above it. . While monitoring the output of the crystal oscillator monitor 25, the film material in the recess 22 is evaporated, introduced to the thin film forming surface 11 of the substrate 10 to be deposited, and the deposition process proceeds (proximity deposition process). . This step may be performed, for example, in a vacuum chamber decompressed to about 0.7 Pa by a rotary pump.
  • the temperature of the deposition substrate 10 becomes, for example, 174 ° C due to the heat insulating effect of the fluorine resin spacer 30. Further, when the heating surface 19 of the heater 18 is controlled to 100 ° C., the temperature of the deposition substrate 10 is, for example, 70 ° C. When the temperature of the heating surface 19 is 160 ° C., the temperature of the deposition substrate 10 is, for example, 118 ° C.
  • a sufficient temperature gradient can be formed between the supply substrate 20 and the vapor deposition substrate 10 by the heat insulating effect of the fluorine resin spacer 30.
  • the film material molecules adhere well on the thin film formation surface 11 of the lower deposition target substrate 10, and a good pattern of the thin film 12 can be formed on the thin film formation surface 11.
  • the present inventor compared the thin film pattern formed in the step of FIG. 11 with the thin film pattern formed in the step of FIG. As a result, in the case of the process of FIG. 11, the thin film 12 in the form of fine crystal grains was formed on the thin film forming surface 11 of the deposition target substrate 10, whereas in the case of the process of FIG. It was confirmed that the P3T in the shape of a thin film was formed on the thin film forming surface 11.
  • the fluorine resin spacer 30 has a function of providing a sufficient temperature gradient between the supply substrate 20 and the deposition target substrate 10 due to its heat insulation performance, and also has a function of providing elastic deformation performance so that the inside of the recess 22 It also has a function of improving the hermeticity of the locally closed space. That is, the fluorine resin spacer 30 is elastically deformed by the weight of the substrate 10 to be deposited and by applying an external force that is directed downward to the deposition substrate 10 as necessary. Thus, it adheres well to both the substrate to be deposited 10 and the supply substrate 20. Due to this, the recess 2 The space defined by 2 and the opening 31 of the fluorocarbon spacer is a good closed space. As a result, since the film material molecules cannot escape from this sealed space, the thin film 12 having good crystallinity is formed on the thin film forming surface 11 of the deposition substrate 10.
  • the deposition target substrate 10 may be separated from the fluorine resin spacer 30.
  • the fluorine resin spacer 30 may be provided independently of the deposition substrate 10 and the supply substrate 20, but is fixed in advance to the surface of either the deposition substrate 10 or the supply substrate 20, for example, by adhesion. Well, okay.
  • the material supply surface 21 of the supply substrate 20 is a flat surface, and the fluorine resin spacer 30
  • the opening 31 and the flat material supply surface 21 may form a recess 22 for arranging the film material.
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing another process example for manufacturing the supply substrate 20.
  • the material of the supply substrate 20 is a material that transmits ultraviolet rays, such as a photomask.
  • a material that transmits ultraviolet rays such as a photomask.
  • recesses 22 are formed in a desired pattern by etching in advance.
  • a light-shielding mask (for example, made of chrome power) 33 that shields ultraviolet rays is formed in a pattern at a position corresponding to the recess 22.
  • the entire surface of the material supply surface 21 of the supply substrate 20 also has, for example, organic force due to, for example, vapor deposition, spin coating, dipping, or printing.
  • a film of film material 23 is formed.
  • the surface 24 side force is also irradiated with ultraviolet rays 36, so that the film material 23 in portions other than the recesses 22 is exposed and removed. In this way, as shown in FIG. 16 (d), the film material 23 is disposed only in the recess 22.
  • the supply substrate 20 is disposed close to the thin film formation surface 11 of the evaporation target substrate 10, and the film material 23 is heated to evaporate the film material 23.
  • the pattern of the thin film 12 can be formed by vapor deposition on the thin film forming surface 11 of the substrate 10.
  • FIG. 17 shows an application example of the thin film forming process.
  • two types of supply substrates 201 and 202 are used. That is, using the supply substrate 201, the first pattern is thinned. After the film 121 is formed on the deposition target substrate 10, another second pattern thin film 122 is deposited on the deposition target substrate 10 by using another supply substrate 202. In this way, two types of patterns of thin films 121 and 122 can be formed on the deposition target substrate 10 without going through a complicated photolithography process. Of course, three or more kinds of thin film patterns are formed in the same way.
  • Supply boards 201 and 202 have the same configuration as that of supply board 20 described above.
  • portions corresponding to the respective parts of supply board 20 are denoted by the same reference numerals.
  • reference numeral 213 denotes alignment marks provided at the four corners of the material supply surface 21 of the supply substrates 201 and 201 for alignment with the alignment mark 13 (see FIG. 2) of the substrate 10 to be deposited. It is.
  • a recess 22 corresponding to the pattern of the thin film 121 is formed on the material supply surface 21 of the supply substrate 201, and a recess 22 corresponding to the pattern of the thin film 122 is formed on the material supply surface 21 of the supply substrate 202. Is formed.
  • a first film material 231 (for example, an organic material) is disposed in the recess 22 of the supply substrate 201, and another second film material 232 (for example, an organic material) is disposed in the recess 22 of the supply substrate 202. Is arranged. Therefore, thin films 121 and 122 of two kinds of materials can be formed on the deposition substrate 10.
  • FIG. 18 is a schematic perspective view showing another example of the supply substrate.
  • the supply substrate 203 has a first recess 221 in which the first film material 233 is disposed, and a second recess 222 in which another second film material 234 is disposed.
  • this supply substrate 203 By performing proximity deposition processing with this supply substrate 203 in close proximity to the thin film formation surface 11 of the substrate 10 to be deposited, the patterns of the thin films 123 and 1 24 of two types of film materials are simultaneously formed on the thin film formation surface 11. be able to.
  • FIG. 19 is a schematic cross-sectional view for explaining another process for forming a thin film on the thin film forming surface of the evaporation target substrate.
  • the deposition substrate 10 and the supply substrate 20 are brought close to each other to deposit the film material 23 from the recess 22 onto the thin film formation surface 11, and the force behind the deposition substrate 10 (opposite to the thin film formation surface 11) is also optical.
  • Light 40 for polymerization for example, ultraviolet rays
  • the film material 23 made of an organic material can be deposited on the thin film forming surface 11 of the deposition substrate 10, and the photopolymerization treatment can be performed at the same time.
  • the deposition substrate 10 is transparent to the light 40 for photopolymerization. There must be.
  • FIG. 20 is a schematic cross-sectional view for explaining another example of the supply substrate 20.
  • the supply substrate 20 incorporates a heater 42 as a heating means at a position corresponding to the recess 22. Therefore, the film material 23 in the recess 22 can be deposited on the thin film forming surface 11 and transferred by arranging the supply substrate 20 close to the deposition target substrate 10 and energizing the heater 42. For example, if the heaters 42 that can be individually driven are arranged for the plurality of concave portions 22, the pattern of the thin film 12 formed on the thin film forming surface 11 can be controlled.
  • the heater 42 may be provided in the supply substrate 20 so as to heat the entire supply substrate 20 just in the vicinity of the recess 22.
  • FIG. 21 is an illustrative view showing one example of a method for supplying the film material 23 to the recess 22 of the supply substrate 20.
  • a mask member 45 having an opening 44 corresponding to the recess 22 is placed on the material supply surface 21.
  • a film material 23 for example, fluid material
  • FIG. 21 (c) if the mask member 45 is removed, the film material 23 can be selectively disposed in the recess 22.
  • FIG. 22 is an illustrative view showing another example of a method for supplying the film material 23 to the recess 22 of the supply substrate 20.
  • a granular membrane material 235 is used.
  • the granular film material 235 has a size that can enter the recess 22, and after being supplied onto the material supply surface 21 of the supply substrate (see FIG. 22 (a)), the material supply surface outside the recess 22. What is on 21 is swept off or shaken out of supply substrate 20 (see FIG. 22 (b)). Thereby, the granular film material 235 can be selectively disposed in the recess 22 easily.
  • the granular film material 235 may be formed by forming an organic material in a granular form! And formed by containing a solution obtained by dissolving an organic material in an organic solvent in a capsule. That ’s right.
  • the present invention can be implemented in other forms. For example, as shown in FIG. 23, the film material 23 is arranged on almost the entire surface of the flat material supply surface 21 of the supply substrate 20, and the thin film formation surface 11 of the deposition substrate 10 has openings corresponding to the desired pattern.
  • the fluorine resin spacer 30 having 31 may be fixed, and the proximity evaporation process may be performed in a state where the fluorine resin spacer 30 and the supply substrate 20 are in close contact with each other.
  • the thin film 12 having a desired pattern can be formed on the thin film forming surface 11 by vapor deposition through the opening 31 of the fluorine resin spacer 30. Thereafter, the fluorine resin spacer 30 may be removed from the thin film forming surface 11.
  • the material supply surface 21 of the supply substrate 20 is a flat surface, and a film material 23 is formed in a mirror image pattern of a desired thin film pattern on the flat material supply surface 21. May be.
  • the film material 23 is transported to a region on the thin film formation surface 11 opposite to the region where the film material 23 is disposed. Vapor deposited.
  • a desired pattern of the thin film 12 can be formed on the thin film forming surface 11.
  • a cooling device 50 may be arranged on the surface 9 of the deposition substrate 10 opposite to the thin film forming surface 11.
  • the deposition substrate 10 can be reliably cooled to a temperature lower than that of the supply substrate 20, so that the formation efficiency of the thin film 12 can be increased.
  • the region where the thin film 12 is to be formed may be selectively cooled. As a result, the efficiency of thin film formation in the cooled region is increased, so that a more favorable thin film pattern can be formed.
  • cooling device 50 a heat exchange device using a Peltier element or a refrigerant (cooling water or the like) can be exemplified.
  • Organic materials can be deposited under 2 s. Specifically, when P3T was used as the organic material and the experiment was conducted with a drop amount of 30 1 and a deposition time of 2 minutes, a highly oriented P3T thin film pattern could be formed.
  • the film material supported on the material supply surface on the supply substrate does not need to be a single material.
  • a mixture of a plurality of types of materials may be used.
  • a mixture for example, a mixture of a plurality of types of organic materials
  • a mixed material thin film having a predetermined composition ratio can be easily formed on the deposition substrate. Can do.

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Abstract

　簡単な構成で、基板上に薄膜を形成することができる薄膜形成方法を提供する。 　この方法は、被蒸着基板１０の薄膜形成面１１に膜材料２３を蒸着させることによって、薄膜形成面１１に薄膜１２を形成する。被蒸着基板１０の薄膜形成面１１と、膜材料２３を材料供給面２１に担持した供給基板２０の当該材料供給面２１とを近接対向配置させる。材料供給面２１には、所望のパターンの鏡像パターンの凹部２２が形成されており、この凹部２２内に膜材料２３が配置されている。凹部２２は、薄膜形成面１１との間に実質的な密閉空間を形成する。凹部２２内の膜材料２３を蒸発させると、これに対向する薄膜形成面１１上の各対向領域へと膜材料２３の気化物が輸送される。これにより、薄膜形成面１１上に薄膜１２が蒸着される。

Description

明 細 書
薄膜形成方法、蒸着源基板およびその製造方法
技術分野
[0001] この発明は、蒸着によって薄膜を形成する方法、ならびにこの方法に使用する蒸着 源基板およびその製造方法に関する。
背景技術
[0002] 半導体活性層に有機物層を用いた有機半導体装置の製造工程では、ガラス基板 やシリコン基板などの基板上に有機材料の薄膜が形成される。この薄膜の形成には 、一般に真空蒸着法が適用される。
[0003] 図 26は、通常の真空蒸着法による薄膜の形成のための構成を示す図解図である。
真空チャンバ :L内に蒸着源 2が配置され、これに対向するように薄膜を形成すべき基 板 3が配置される。この基板 3と蒸着源 2との間にマスク (シャドーマスク) 4が配置され る。マスク 4には、基板 3に形成すべき薄膜のパターンに対応した開口 5が形成されて いる。蒸着源 2において蒸発し、基板 3に向力つて飛来する材料分子は、開口 5を通 つて、基板 3の表面に達し、この基板 3に付着して薄膜 6のパターンを形成する。
[0004] 特許文献 1：特開 2002— 241923号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 蒸着源 2から基板 3に向力 分子には指向性があり、蒸着源 2の直上位置では比較 的成膜速度が速いのに対し、蒸着源 2の直上力 離れた位置では成膜速度が遅い。 また、マスク 4の開口 5が蒸着源 2の直上力 ずれた位置に配置されていれば、蒸着 源 2から斜め上方に向力 分子が開口 5を通って基板 3の表面に達することになる。し たがって、蒸着源 2の直上力もずれた位置では、開口 5からずれた位置において基 板 3の表面に薄膜が形成されることになる。
[0006] このような不具合を可能な限り抑制するためには、基板 3とマスク 4とを可能な限り近 接させて配置するとともに、基板 3およびマスク 4と蒸着源 2との間の距離を可能な限 り長く（たとえば 15cm〜lm)とらなければならない。そのため、真空チャンバ 1のサイ ズが必然的に大きくなる。
[0007] し力も、蒸着源 2から発生した分子が長い行程を経て基板 3に達するためには、真 空チャンバ 1内を高真空状態 (たとえば 10— 5〜10— 7Paとして、気体分子の平均自由行 程が十分に長くなる条件としておく必要がある。
[0008] このように、従来からの真空蒸着法では、微細パターンの薄膜を基板 3上に形成す ることが困難であり、し力も、装置構成が大型になる。さらには、高真空状態を形成す るために、たとえばロータリポンプにカ卩えてターボ分子ポンプ等の高価な装置を備え る必要がある。
[0009] さら〖こは、蒸着源 2から飛来した気体分子がマスク 4において捕獲されて、開口 5を 塞ぐ、 V、わゆるマスク目詰まり 7が生じると 、う問題もある。
[0010] また、蒸着源 2から発生した気体分子は必ずしも基板 3の表面に達するのではなぐ 真空チャンバ 1の内壁にも達するため、真空チャンバ 1の内部が著しく汚染されるとい う問題もあった。
[0011] そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題をその一例として解決するものであ つて、簡単な構成で、基板上に薄膜を形成することができる薄膜形成方法を提供す ることである。
[0012] また、この発明の他の目的は、前記薄膜形成方法のための蒸着源基板およびその 製造方法を提供することである。
課題を解決するための手段
[0013] 上記の目的を達成するための請求項 1記載の発明は、被蒸着基板の薄膜形成面 に所定の膜材料を蒸着させることによって前記膜材料の薄膜を形成する方法であつ て、前記被蒸着基板の薄膜形成面と、前記膜材料を材料供給面に担持した供給基 板の前記材料供給面とを、前記供給基板上の前記膜材料と前記被蒸着基板の前記 薄膜形成面との間に所定の間隙を確保した状態で、近接対向配置する対向配置ェ 程と、この対向配置工程によって前記供給基板および前記被蒸着基板が対向配置 された状態で、前記材料供給面上の前記膜材料を蒸発させることにより、前記材料 供給面の前記膜材料が担持された各領域からこれに対向する前記薄膜形成面の各 対向領域へと前記膜材料を輸送して、前記薄膜形成面に前記膜材料の薄膜を形成 する蒸着工程 (近接蒸着工程)とを含むことを特徴とする薄膜形成方法である。「近接 対向配置」とは、薄膜形成面と材料供給面とが互いに当接している場合、およびこれ らの間に微少な隙間が開 ヽて ヽる場合の両方を含む。
[0014] この方法によれば、被蒸着基板の薄膜形成面と供給基板の材料供給面とが対向 配置された状態で、材料供給面上の膜材料が蒸発させられることによって、気体分 子となった膜材料が薄膜形成面へと輸送されて、この薄膜形成面上に薄膜を形成す ること〖こなる。こうして、材料供給面の前記膜材料が形成された各領域から、これに対 向する薄膜形成面の各対向領域へと膜材料が輸送される。
[0015] したがって、被蒸着基板と供給基板との間隔を大きくとらなくても、被蒸着基板の薄 膜形成面に良好な薄膜を成膜することができる。しかも、薄膜形成面と材料供給面と が近接対向配置されるので、材料供給面から蒸発した膜材料は容易に薄膜形成面 に到達する。そのため、高真空雰囲気中で蒸着工程を行う必要がない。これにより、 高真空空間を形成するための高価な設備を要することなぐ被蒸着基板の薄膜形成 面に薄膜を形成することができる。具体的には、蒸着工程は、高真空雰囲気中で行 う必要はなぐたとえば l〜10Pa程度の低真空度の空間で行えば十分である。また、 低分子量の有機材料では、大気圧下でも蒸着が可能である。
[0016] 被蒸着基板に蒸着すべき膜材料は、供給基板の材料供給面に分散配置すること ができるので、実質的に指向性のない蒸着源を構成することができる。これにより、薄 膜形成面上に均一な膜厚の薄膜を形成することができる。また、被蒸着基板が大面 積のものである場合には、供給基板をそれに応じて大面積に形成しておけばよいか ら、大面積の薄膜形成面に対する薄膜の形成を実現することができる。
[0017] 請求項 2記載の発明は、前記対向配置工程では、前記供給基板上の前記膜材料 と前記薄膜形成面との間隙が、前記供給基板から蒸発した膜材料の平均自由行程 の 100倍以下の範囲となるように、前記被蒸着基板および前記供給基板が対向配置 されることを特徴とする請求項 1記載の薄膜形成方法である。これにより、供給基板の 材料供給面上に担持された膜材料の蒸発気化物を、被蒸着基板の薄膜形成面に確 実に導くことができ、この薄膜形成面上に薄膜を成膜できる。
[0018] 前記供給基板上の膜材料と薄膜形成面との間の間隙は、蒸発した膜材料の平均 自由行程の 10倍以下であれば、より好ましぐ平均自由行程以下であればさらに好 ましい。より具体的には、前記間隙は、 10mm以下とすることが好ましぐ 1mm以下 であればより好ましぐ 100 μ m以下であればさらに好ましい。
[0019] また、前記被蒸着基板と供給基板との間には一定以上の温度勾配がつけられてい ることが好ましい。より具体的には、たとえば被蒸着基板の温度を供給基板の温度よ りも低く（たとえば 50°C程度の温度差)しておくことが好ましい。これにより、より低温の 被蒸着基板の薄膜形成面上に膜が成長しやすくなり、蒸着効率を高めることができ る。このように温度勾配をつけることにより、大気中での成膜も可能となる。
[0020] 具体的には、供給基板を熱源の近くに置いたり、供給基板に加熱手段 (ヒータ)を 内蔵したりすることにより、供給基板の温度を被蒸着基板よりも確実に高くすることが できる。また、 MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)からなるマイクロヒータ を供給基板に担持された膜材料の近傍に配置したり、発熱抵抗体を供給基板の膜 材料の近傍に配置したりして、膜材料の温度を被蒸着基板よりも高くするようにしても よい。その他、たとえば供給基板の材料によっては、誘導加熱によって供給基板を加 熱し、これにより、膜材料の蒸発を起こさせるとともに、被蒸着基板を供給基板よりも 低温に保つようにしてもよい。誘導加熱の場合には、供給基板に対して熱源を接触さ せたり内蔵したりすることなぐこの供給基板を昇温できるという利点がある。
[0021] また、被蒸着基板と供給基板との間に温度差をつけるために、被蒸着基板に対し て冷却機構を付設してもよい。このような冷却機構としては、ペルチェ素子や、へリウ ムチャックを挙げることができる。また、被蒸着基板を冷却水によって冷却するように してもよい。また、被蒸着基板の一部の領域のみを選択的に冷却することにより、当 該領域に対して膜材料を選択的に付着させることも可能である。
[0022] 請求項 3記載の発明は、前記供給基板の材料供給面には、前記被蒸着基板の前 記薄膜形成面に形成すべき薄膜パターンに対応するパターンで前記膜材料が配置 されていることを特徴とする請求項 1記載の薄膜形成方法である。
[0023] この方法では、供給基板の材料供給面に膜材料がパターン形成されて ヽるため、 この膜材料からの蒸発によって、被蒸着基板の薄膜形成面に対する蒸着を行うと、 膜材料のパターンに対応した薄膜パターンが得られる。こうして、蒸着マスクを要する ことなぐ被蒸着基板の薄膜形成面に薄膜をパターン形成できる。むろん、フォトリソ グラフィのような複雑なパター-ング工程も不要である。
[0024] 請求項 4記載の発明は、前記供給基板の材料供給面には、前記被蒸着基板の前 記薄膜形成面に形成すべき薄膜パターンに対応するパターンの凹部が形成されて おり、この凹部内に前記膜材料が配置されていることを特徴とする請求項 1記載の薄 膜形成方法である。
この方法では、供給基板の材料供給面に凹部が形成されていて、この凹部内に薄 膜の膜材料が配置されている。したがって、材料供給面と薄膜形成面とを極めて近 接させたり、互いに接触させたりすることができる。
[0025] 前記凹部は、材料供給面力 供給基板をエッチングすることによって穿設されてい てもよいし、前記供給基板を複数層で形成し、材料供給面側の少なくとも 1層に開口 を形成することにより、これを凹部としてもよい。
[0026] 請求項 5記載の発明は、前記対向配置工程では、前記凹部と前記被蒸着基板の 薄膜形成面とによって、実質的に密閉された局所的閉空間が区画されることを特徴と する請求項 4記載の薄膜形成方法である。
[0027] また、請求項 6記載の発明は、前記対向配置工程では、前記被蒸着基板の薄膜形 成面と、前記供給基板の材料供給面との間に、前記薄膜形成面において薄膜を形 成すべき領域に対向し、実質的に密閉された局所的閉空間が区画されることを特徴 とする請求項 1記載の薄膜形成方法である。
[0028] これらの発明によれば、実質的な密閉空間内において膜材料の蒸発が生じ、この 膜材料が被蒸着基板の薄膜形成面に堆積されていくことになる。よって、効率的な蒸 着が可能である。とくに、凹部によって局所的閉空間を形成する場合には、微細なパ ターンの薄膜を薄膜形成面上に形成することができる。
[0029] 請求項 7記載の発明は、前記対向配置工程では、前記被蒸着基板と前記供給基 板との間に弾性変形層が介在されることを特徴とする請求項 1記載の薄膜形成方法 である。
[0030] これにより、弾性変形層を介して被蒸着基板および供給基板を密接させれば、両 者間を密閉することができる。この場合に、弾性変形層の復元力を利用して、密閉性 を高めることができる。
[0031] 弾性変形層には、供給基板から被蒸着基板への膜材料液体分子の輸送を妨げる ことがないように、開口が形成されていることが好ましい。これにより、密閉空間内で膜 材料分子の移動が生じるので、被蒸着基板の薄膜形成面に効率的に薄膜を成長さ せることができる。なお、弾性変形層に形成される開口は、被蒸着基板に形成すべき 薄膜のパターンに対応したパターンに形成されて 、ることが好ま 、。
[0032] 前記弾性変形層の材料としては、蒸着工程における基板温度以上の融点 (たとえ ば 330°C)を有するものが好ましい。また、被蒸着基板上にトランジスタ等の電子デバ イスを形成する場合には、前記弾性変形層は絶縁性材料カゝらなって ヽることが好まし い。これにより、蒸着工程において、万一、弾性変形層の構成材料が気化したとして も、デバイス特性に対する悪影響を抑制できる。
[0033] 前記被蒸着基板は、それ自体が柔軟性を有する基板 (たとえばフレキシブル基板） であってもよい。この場合、弾性変形層を要することなぐ被蒸着基板と供給基板とを 容易に密接させることができる。それとともに、被蒸着基板が可撓性のものであれば、 フレキシブルなデバイスを作製することができる。
[0034] 請求項 8記載の発明は、前記蒸着工程では、前記被蒸着基板の温度が、前記供 給基板の温度よりも低温に保持されることを特徴とする請求項 1記載の薄膜形成方 法である。この方法により、被蒸着基板と供給基板との間に温度勾配を形成すること ができるので、薄膜形成面上における蒸着を効率的に進行させることができる。
[0035] 請求項 9記載の発明は、前記蒸着工程では、前記被蒸着基板と前記供給基板との 間に断熱層が介在されることを特徴とする請求項 1記載の薄膜形成方法である。これ により、被蒸着基板と供給基板との間に容易に温度勾配を形成することができるので 、効率的な蒸着処理が可能になる。
[0036] 前記断熱層は、被蒸着基板よりも熱伝導率の低い材料 (たとえば、熱伝導率 100W •m ^K—1以下の材料)からなることが好ましぐたとえば、フッ素榭脂、ステンレスまた はガラスなどを構成材料とすることができる。また、酸化シリコン等の厚膜を被蒸着基 板または供給基板のいずれかの表面に形成して、これを断熱層として用いることもで きる。 [0037] 断熱層は、被蒸着基板または供給基板上に、断熱材料を塗布したり、断熱層部材 を貼り付けたりすることによって、それらと一体化されていてもよい。なお、被蒸着基板 の薄膜形成面における成膜効率を高めるために、蒸着工程前に、この薄膜形成面に 下地層を形成してもよい。たとえば、膜材料として有機物を使用し、有機物薄膜を薄 膜形成面に形成するときには、有機物の下地膜を予め薄膜形成面に形成しておけ ば蒸着による薄膜形成を効率的に進行させることかできる。下地層の形成は、デイツ プ法ゃスピン塗布法によって行うことができる。なお、薄膜形成面に薄膜をパターン 形成する場合には、そのパターンに応じて下地層をパターン形成しておけば、薄膜 形成面上により精度の高い薄膜パターンを形成することができる。
[0038] 請求項 10記載の発明は、第 1の膜材料を材料供給面に担持した第 1の供給基板 を用いて前記対向配置工程および前記蒸着工程を実行し、次に、第 2の膜材料を材 料供給面に担持した第 2の供給基板を用いて前記対向配置工程および前記蒸着工 程を実行することを特徴とする請求項 1記載の薄膜形成方法である。これにより、第 1 の膜材料の薄膜および第 2の膜材料の薄膜を被蒸着基板上に順に形成することが できる。
[0039] なお、第 1の膜材料および第 2の膜材料は、同一材料であっても、異なる材料であ つてもよい。また、第 1の膜材料および第 2の膜材料は、同一パターンで各供給基板 の材料供給面に配置されていてもよぐ異なるパターンで各供給基板の材料供給面 に配置されていてもよい。
[0040] 請求項 11記載の発明は、前記供給基板は、前記材料供給面に 2種類以上の膜材 料を担持しており、前記蒸着工程は、前記材料供給面上の 2種類以上の膜材料を前 記薄膜形成面に同時に蒸着する工程を含むことを特徴とする請求項 1記載の薄膜形 成方法である。これにより、 2種類の膜材料を単一の蒸着工程で供給基板から被蒸 着基板の薄膜形成面上に蒸着することができる。
[0041] 請求項 12記載の発明は、前記 2種類以上の膜材料の混合物が前記材料供給面に 担持されて ヽることを特徴とする請求項 11記載の薄膜形成方法である。この場合、 混合物の薄膜を被蒸着基板の薄膜形成面に形成することができる。材料供給面上 に担持させる混合物の混合比を予め所定の値としておけば、容易に一定の組成比 の混合物薄膜を蒸着できる。
請求項 13記載の発明は、前記 2種類以上の膜材料が、前記材料供給面の異なる領 域に配置されて!ヽることを特徴とする請求項 11記載の薄膜形成方法である。
[0042] これにより、 2種類以上の薄膜の蒸着を、同時に行える。すなわち、 2種類以上の膜 材料のパターンを材料供給面上にそれぞれ形成しておけば、複雑なフォトリソグラフ イエ程を経ることなぐ被蒸着基板の薄膜形成面上に複数種類の薄膜パターンを一 気に形成することができる。また、たとえば第 1の膜材料を供給基板の第 1の領域に 配置し、第 2の膜材料を供給基板の材料供給面の第 2の領域に配置しておいて、第 1および第 2の領域の温度を個別に制御できるようにしておいてもよい。これによつて 、第 1および第 2の膜材料の 、ずれか一方または両方を選択して被蒸着基板に蒸着 させることがでさる。
[0043] 供給基板の材料供給面に膜材料を配置するための凹部が形成される場合には、 凹部内の膜材料の減少に応じて、この膜材料と被蒸着基板との距離を調整して蒸着 効率を調整するために、厚みが可変な変形層（たとえばフッ素榭脂からなる弾性変形 層）を被蒸着基板と供給基板との間に介在させてもよい。また、供給基板に凹部が形 成される場合には、この凹部の深さを調整できるようにしておいてもよい。具体的には 、ピエゾ素子等を用いたマイクロマシーン力もなる可動機構を設け、凹部の深さを調 整可能としてもよい。
[0044] 請求項 14記載の発明は、前記被蒸着基板の前記薄膜形成面とは反対側の表面 から、当該被蒸着基板を透過する光によって、前記被蒸着基板に蒸着した薄膜を照 射する工程をさらに含むことを特徴とする請求項 1記載の薄膜形成方法である。 こ の方法により、たとえば、被蒸着基板上に蒸着された薄膜に対して光重合反応を起 こさせるための光を供給することができる。これにより、蒸着膜を高分子化して、その 耐久性を高めることができる。光によって薄膜を照射する工程を蒸着工程と並行して 行えば、蒸着と同時に光重合の反応を進行させることができる。むろん、蒸着工程の 後に光重合反応のための照射工程を行ってもよい。
[0045] 請求項 15記載の発明は、前記蒸着工程が、前記被蒸着基板の前記薄膜形成面を 上方に向けた水平姿勢とし、前記供給基板の前記材料供給面を下方に向けた水平 姿勢として行われることを特徴とする請求項 1記載の薄膜形成方法である。
[0046] この方法では、被蒸着基板は薄膜形成面を上方に向けた水平姿勢で蒸着処理を 受けることができる。これにより、被蒸着基板を、その薄膜形成面を下方に向けるため の反転処理を行う必要がな!、ので、被蒸着基板の搬送工程が簡単になる。
[0047] 請求項 16記載の発明は、前記蒸着工程が、前記被蒸着基板の前記薄膜形成面を 下方に向けた水平姿勢とし、前記供給基板の前記材料供給面を上方に向けた水平 姿勢として行われることを特徴とする請求項 1記載の薄膜形成方法である。
[0048] この方法では、供給基板が、材料供給面を上方に向けた水平姿勢とされるので、た とえば薄膜材料を液体の状態で供給基板上に供給することができる。より具体的に は、たとえば有機物材料を有機溶剤に溶解させた状態で、材料供給面上 (たとえば 材料供給面に形成された凹部内）に供給 (たとえば、滴下)するようにして、膜材料を 材料供給面に供給できる。
[0049] 請求項 17記載の発明は、被蒸着基板の薄膜形成面に所定の膜材料を気体分子と して供給するための蒸着源となる蒸着源基板であって、前記被蒸着基板の薄膜形成 面に対向させられるべき材料供給面に、前記被蒸着基板の薄膜形成面に形成すベ き薄膜パターンに対応するパターンで前記膜材料が配置されていることを特徴とする 蒸着源基板である。この蒸着源基板は、前述の薄膜形成方法における供給基板とし て用いることができる。
[0050] 請求項 18記載の発明は、前記材料供給面には、前記薄膜パターンに対応するパ ターンの凹部が形成されており、この凹部内に前記膜材料が配置されていることを特 徴とする請求項 17記載の蒸着源基板である。この蒸着源基板を被蒸着基板に近接 対向配置させて用いることで、被蒸着基板の薄膜形成面上に局所的閉空間を形成 し、この空間内で蒸着を効率的に進行させることができる。
[0051] 請求項 19記載の発明は、被蒸着基板の薄膜形成面に所定の膜材料を気体分子と して供給するための蒸着源を構成すべき蒸着源基板であって、前記被蒸着基板の 薄膜形成面に対向させられるべき材料供給面に、前記膜材料が配置可能な凹部が 形成されており、この凹部が、前記被蒸着基板の薄膜形成面に形成すべき薄膜バタ ーンに対応するパターンに形成されて 、ることを特徴とする蒸着源基板である。前記 凹部内に膜材料を配置することにより、請求項 18記載の蒸着源基板が得られる。
[0052] 請求項 20記載の発明は、前記材料供給面に配置された断熱層をさらに含むことを 特徴とする請求項 17記載の蒸着源基板である。
この構成により、蒸着源基板から被蒸着基板への伝熱を抑制できるから、蒸着源基 板と被蒸着基板との間に温度勾配を確保しやすぐ被蒸着基板の薄膜形成面上に 効率的に薄膜を成長させることができる。
[0053] 請求項 21記載の発明は、前記材料供給面に配置された弾性変形層をさらに含む ことを特徴とする請求項 17記載の蒸着源基板である。この構成により、材料供給面と 被蒸着基板の薄膜形成面との間に良好な密閉空間を形成することができ、効率的な 蒸着処理が可能となる。
[0054] 請求項 22記載の発明は、前記膜材料を加熱して蒸発させるための加熱手段が内 蔵されていることを特徴とする請求項 17記載の蒸着源基板である。この構成によれ ば、前記加熱手段によって膜材料を加熱して気化させることができ、別途の加熱手 段を要することなく蒸着工程を行うことができる。
[0055] 請求項 23記載の発明は、誘導加熱可能な材料で構成されていることを特徴とする 請求項 17記載の蒸着源基板である。この構成によれば、誘導加熱源に蒸着源基板 を近接配置することによって膜材料を加熱して気化させることができる。すなわち、た とえば、非接触で蒸着源基板を加熱することも可能となる。
[0056] 請求項 24記載の発明は、所定の波長の光に対して透明な材料で構成されている ことを特徴とする請求項 17記載の蒸着源基板である。この構成によれば、たとえば、 蒸着源基板の材料供給面の全面に膜材料を形成した後に、蒸着源基板の前記材料 供給面とは反対側の表面から前記所定の波長の光によって膜材料を露光すること〖こ よって、この膜材料を変質させることができる。たとえば、前記反対側の表面に所定の ノターンの遮光性マスクを形成しておけば、前記膜材料を選択的に露光してパター ニングしたりすることができる。
[0057] 請求項 25記載の発明は、被蒸着基板の薄膜形成面に所定の膜材料を気体分子と して供給するための蒸着源となる蒸着源基板を製造するための方法であって、被蒸 着基板の薄膜形成面に対向させられるべき材料供給面に、前記被蒸着基板の薄膜 形成面に形成すべき薄膜パターンに対応するパターンで前記膜材料を配置するェ 程を含むことを特徴とする蒸着源基板の製造方法である。これにより、被蒸着基板に 対向配置させて薄膜パターンを形成するための蒸着源基板が得られる。
[0058] 請求項 26記載の発明は、被蒸着基板の薄膜形成面に所定の膜材料を気体分子と して供給するための蒸着源となる蒸着源基板を製造するための方法であって、被蒸 着基板の薄膜形成面に対向させられるべき材料供給面に、前記被蒸着基板の薄膜 形成面に形成すべき薄膜パターンに対応するパターンで凹部を形成する工程と、前 記凹部内に前記膜材料を配置する工程とを含むことを特徴とする蒸着源基板の製造 方法である。これにより、所定パターンの凹部内に膜材料が配置された状態の蒸着 源基板が得られる。
[0059] 請求項 27記載の発明は、前記膜材料を配置する工程は、前記凹部内に前記膜材 料を所定の溶媒に溶解させた溶液を供給 (たとえば、滴下)する工程を含むことを特 徴とする請求項 26記載の蒸着源基板の製造方法である。これにより、凹部内に容易 に膜材料を配置することができる。前記溶媒は、有機溶媒であることが好ましい。これ により、凹部内に溶液を供給した後は、溶媒が揮発することにより、凹部内には膜材 料のみが残されることになる。
[0060] 請求項 28記載の発明は、前記膜材料を配置する工程は、前記凹部に入り込むこと ができる大きさの粒状の膜材料を前記凹部内に配置する工程を含むことを特徴とす る請求項 26記載の蒸着源基板の製造方法である。この方法により、極めて容易に、 膜材料を凹部内に配置できる。具体的には、たとえば、材料供給面の全面に粒状の 膜材料を供給した後、凹部外の粒状膜材料を振り落とせば、凹部内にのみ膜材料が 残ること〖こなる。
[0061] 請求項 29記載の発明は、前記膜材料を配置する工程は、前記材料供給面の凹部 外の領域をマスク部材で覆う工程と、前記材料供給面全体に前記膜材料を供給する 工程と、前記マスク部材を除去する工程とを含むことを特徴とする請求項 26記載の 蒸着源基板の製造方法である。この方法により、容易に凹部内にのみ膜材料を配置 できる。
[0062] 前記した各発明については、さらに以下のような形態での実施が可能である。 [0063] たとえば、供給基板の材料供給面とは反対側に、膜材料を供給するための供給口 を形成しておいてもよい。これにより、材料供給面 (たとえば材料供給面に形成された 凹部内）への膜材料の供給が容易になる。
材料供給面上に一定のノターンで膜材料を供給するには、たとえば、供給基板の 材料供給面の全面に蒸着や塗布等によって膜材料を形成した後、エッチングによつ て不要部分の膜材料を除去すればょ 、。
[0064] また、材料供給面上における濡れ性を選択的に調整しておけば、溶液の状態で膜 材料を材料供給面に形成すると、調整された濡れ性に応じた一定のパターンで、膜 材料を材料供給面上に配置することができる。たとえば、材料供給面に凹部が形成 される場合には、その凹部の内壁面の濡れ性を高めておけば、溶液の状態で膜材 料を供給する場合に、凹部外の膜材料の付着を効果的に防止または抑制することが できる。
[0065] また、材料供給面の全面に膜材料を蒸着または塗布によって供給した後、凹部外 の塗膜材料を物理的に除去するようにしてもよい。この場合、供給基板の凹部以外 の表面には、フッ素系のコーティングを施しておくことが好ましい。これにより、凹部外 の材料供給面カゝら不要な膜材料を速やかに除去することができる。さらに、材料供給 面の全面に膜材料を堆積させた後、研磨処理によって、凹部外の不要な膜材料を除 去するようにしてちょい。
[0066] 供給基板は、たとえば、長尺な帯状に形成されていて、これをロール状に卷回して 収容しておくこともできる。すなわち、ロール力も供給基板を引き出しながら、被蒸着 基板に対する蒸着処理 (成膜処理)を次々と実行して ヽくことができる。
[0067] また、供給基板の材料供給面に複数枚の被蒸着基板に対する膜材料の供給が可 能な量の膜材料が担持されている場合には、たとえば、複数枚の被蒸着基板を、電 磁石装置等を備えた基板保持装置によって、 1枚ずつ順に供給基板に近接対向配 置すればよい。
[0068] 蒸着される膜材料は、上述のように、有機物材料 (有機半導体材料)であってもよい し、供給基板や被蒸着基板よりも融点 (昇華温度)が低いものである限り、金属材料 などであってもよい。また、基板材料よりも融点の高い膜材料であっても、基板を融点 の高 、被覆膜で被覆した状態であれば、蒸着が可能である。
図面の簡単な説明
[図 1]図 1は、この発明の一実施形態に係る薄膜形成方法を説明するための図解図 である。
[図 2]図 2は、薄膜のパターンが形成された状態の被蒸着基板の図解的な平面図で ある。
[図 3]図 3は、供給基板の凹部の近傍の構成を拡大して示す図解図である。
[図 4-1]図 4 1は、膜材料の気体分子の凝集および離脱の様子 (過飽和度 σが比 較的低 ヽ場合)を示す図解図である。
[図 4-2]図 4 2は、膜材料の気体分子の凝集および離脱の様子 (過飽和度 σが比 較的高 ヽ場合)を示す図解図である。
[図 5]図 5は、窒素ガスの平均自由工程と圧力との関係を示す図である。
[図 6]図 6は、膜材料の気体分子の平均自由行程と圧力との関係を示す図である。 圆 7]図 7は、被蒸着基板の薄膜形成面への薄膜形成のより具体的な方法を工程順 に示す図解図である。
[図 8]図 8は、 Ρ3Τ薄膜を半導体活性層として用いた電界効果型トランジスタ (FET) の構造を図解的に示す断面図である。
[図 9]図 9は、図 8に示す FETの特性の測定結果の一例を示す図である。
[図 10]図 10は、同様な構造の FETを通常の真空蒸着法によって形成した場合の特 性を示す図である。
[図 11]図 11は、薄膜形成のための他の具体的な工程を示す図解的な断面図である
[図 12-1]図 12— 1は、図 11の工程 (Ρ3Τ溶液の滴下量:約 5 1)に従って形成され た Ρ3Τ薄膜を半導体活性層とした FETの特性 (ドレイン電圧 -ドレイン電流)を示す 図である。
[図 12-2]図 12— 2は、図 11の工程 (Ρ3Τ溶液の滴下量:約 5 1)に従って形成され た Ρ3Τ薄膜を半導体活性層とした FETの特性 (ゲート電圧 -ドレイン電流)を示す図 である。 [図 13- 1]図 13— 1は、図 11の工程 (P3T溶液の滴下量：約 50 1)に従って形成され た P3T薄膜を半導体活性層とした FETの特性 (ドレイン電圧 -ドレイン電流)を示す 図である。
[図 13- 2]図 13— 2は、図 11の工程 (P3T溶液の滴下量：約 50 1)に従って形成され た P3T薄膜を半導体活性層とした FETの特性 (ゲート電圧 -ドレイン電流)を示す図 である。
[図 14]図 14は、薄膜形成工程のさらに他の具体例を説明するための図解的な断面 図である。
[図 15]図 15は、供給基板の平坦な表面にフッ素榭脂スぺーサを配置して膜材料配 置用の凹部を形成した構成例を示す図解図である。
[図 16]図 16は、供給基板の作製のための工程例を示す図解的な断面図である。
[図 17]図 17は、薄膜形成工程の応用例を示す図である。
[図 18]図 18は、供給基板の他の例を示す図解的な斜視図である。
圆 19]図 19は、被蒸着基板の薄膜形成面への薄膜形成のための他の工程を説明 するための図解的な断面図である。
[図 20]図 20は、供給基板の他の例を説明するための図解的な断面図である。
[図 21]図 21は、供給基板の凹部に対する膜材料の供給方法の一例を示す図解図で ある。
[図 22]図 22は、供給基板の凹部に対する膜材料の供給方法の他の例を示す図解図 である。
圆 23]図 23は、材料供給面に全面に配置した膜材料力もの蒸着によって被蒸着基 板に薄膜パターンを形成する工程を示す図解図である。
[図 24]図 24は、平坦な材料供給面にパターン配置した膜材料力ゝらの蒸着によって被 蒸着基板に薄膜パターンを形成する工程を示す図解図である。
圆 25]図 25は、被蒸着基板を冷却しながら近接蒸着を行う工程を示す図解図である 圆 26]図 26は、通常の真空蒸着法による薄膜の形成のための構成を示す図解図で ある。 符号の説明
10 被蒸着基板
11 薄膜形成面
12 薄膜
13 位置合わせマ -ク
15 局所的閉空間
16 気体分子
17 蒸着るつぼ
18 加熱ヒータ
19 加熱面
20 供給基板
20R 比較用の供給基板
21 材料供給面
22 凹部
22A 凹部
22B 凹部
23 膜材料
25 水晶振動子モ- ：タ
26 シリコン基板
27 酸化シリコン膜
28, 29 電極
30 フッ素榭脂スぺ、ーサ
31 開口
33 遮光性マスク
34 熱電対
35 P3T溶液
36 紫外線
40 光重合用の光 42 ヒータ
44 開口
45 マスク部材
50 冷却装置
121 第 1のノ《ターンの薄膜
122 第 2のパターンの薄膜
123, 124 薄膜
201 供給基板
202 供給基板
203 供給基板
213 位置合わせマ -ク
221 第 1の凹部
222 第 2の凹部
231 第 1の膜材料
232 第 2の膜材料
233 第 1の膜材料
234 第 2の膜材料
235 粒状膜材料
発明を実施するための最良の形態
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図 1は、この発明の一実施形態に係る薄膜形成方法を説明するための図解図であ る。この方法では、ガラス基板やシリコン基板等の被蒸着基板 10の一方表面である 薄膜形成面 11に薄膜 12のパターンが蒸着法によって形成される。薄膜 12のパター ンの形成にあたっては、薄膜形成面 11に対向するように、被蒸着基板 10とほぼ同等 の大きさを有する供給基板 20 (蒸着源基板)が近接対向配置される。この供給基板 2 0には、被蒸着基板 10の薄膜形成面 11に対向する材料供給面 21に、薄膜 12のパ ターンに対応したパターンの凹部 22が穿設されている。この凹部 22内には、薄膜 12 を構成すべき膜材料 23が配置されて 、る。 [0072] 図 2は、薄膜 12のパターンが形成された状態の被蒸着基板 10の図解的な平面図 である。この例では、被蒸着基板 10の薄膜形成面 11上の分散した複数の領域に薄 膜 12のパターンが形成されている。被蒸着基板 10は、この実施形態では矩形に形 成されていて、その四隅には、鉤形の位置合わせマーク 13がそれぞれ形成されてい る。この位置合わせマーク 13を参照しながら、供給基板 20が、その材料供給面 21を 被蒸着基板 10の薄膜形成面 11に対向させた状態で、被蒸着基板 10に対して近接 酉己置されること〖こなる。
[0073] 供給基板 20に形成されている凹部 22は、被蒸着基板 10の薄膜形成面 11に形成 すべき薄膜 12のノ《ターンの鏡像パターンに形成されている。被蒸着基板 10および 供給基板 20を近接配置した状態で、供給基板 20の凹部 22内の膜材料 23を加熱す ると、この膜材料が蒸発して気体分子となり、被蒸着基板 10の薄膜形成面 11へと導 かれる。これによつて、凹部 22内の膜材料が薄膜形成面 11に転写されて、図 2に示 すような薄膜 12のパターンが得られることになる。
[0074] 図 3は、凹部 22の近傍の構成を拡大して示す図解図であり、薄膜 12の蒸着時の様 子を模式的に示している。被蒸着基板 10の薄膜形成面 11と、供給基板 20の材料供 給面 21とは、凹部 22内の膜材料 23と薄膜形成面 11上に形成される薄膜 12との間 に間隙が形成される状態で、近接対向配置 (薄膜形成面 11と材料供給面 21とが接 触する場合を含む)される。これにより、凹部 22の内壁面と、被蒸着基板 10の薄膜形 成面 11とによって、ほぼ密閉された空間（局所的閉空間） 15が形成されることになる
[0075] この状態で、凹部 22内の膜材料 23を加熱すると、膜材料 23の気体分子 16が局所 的閉空間 15内に解き放たれ、被蒸着基板 10の薄膜形成面 11において、凝集と離 脱を繰り返しながら、薄膜形成面 11に堆積されていく。
局所的閉空間 15は極めて制限された空間であるため、蒸気圧 pが平衡蒸気圧 pを e 上回り、過飽和度 σ (=ρ— ρ )が高い状態となる。これにより、被蒸着基板 10の薄膜 e
形成面 11において、気相からの結晶成長が効率的に進行する。こうして、膜材料 23 として、例えば有機物を用いる場合に、 π共役系分子の結晶成長を促すことができ、 良好な結晶性の有機物薄膜を薄膜形成面 11に形成することができる。 [0076] 図 4に膜材料の気体分子の凝集および離脱の様子を図解的に示す。なお、図 4 1は過飽和度 σが比較的低い場合の様子を示す図であり、図 4 2は過飽和度 σが 比較的高い場合の様子を示す図である。局所的閉空間 15 (図 3参照）内は過飽和度 σが高い状態となるため、被蒸着基板 10および供給基板 20を高真空下に置く必要 がない。
[0077] たとえば、常温 (Τ= 300Κ)における窒素ガスの平均自由行程えは、窒素分子直 径を 3. 7 X 10—1Qmとすれば、次式により与えられる。また、この関係を図 5に示す。
[0078] λ (cm) =0. 68/p (Pa)
[0079] したがって、平均自由行程えは、大気圧（760Torr)では、 0. 1 m以下となり、 10 — 6Torr程度の圧力では 50mとなる。よって、凹部 22の深さを m〜mmのオーダとし ておけば、 l〜10Pa程度の低真空下での成膜が可能である。すなわち、このような 低真空雰囲気中において、局所的閉空間 15内では、膜材料 23が基板 10の薄膜形 成面 11に容易に到達して、この薄膜形成面 11上に薄膜を形成することになる。
[0080] より正確には、圧力 p (Pa)を、温度 T (K)、分子半径 2r、ボルツマン定数 kとして、 気体分子の平均自由行程えは、次式で与えられる。
[0081] [数 1]
21 2 ρ · 4πΓ2
[0082] 供給基板 20の温度を 200°C (473K)とし、膜材料 23として P3T (フエ-ル終端チ オフヱン 3量体:分子長 2nm。 P型半導体)を用いるとすれば、この膜材料 23の気体 分子の平均自由行程えは、次式で与えられる。また、この関係を図 6に示す。
[0083] λ { μ τα) = 367. 5/p (Pa)
[0084] よって、 lPa程度の低真空度のとき、分子の平均自由行程 λは、約 370 μ mであり 、大気圧（105Pa)のときの平均自由行程 Xは約 4nmとなる。
[0085] 凹部 22内の空間は局所的閉空間 15を形成していて、過飽和度 σが高くなつてい るため、薄膜形成面 11における分子の凝集が効率的に進行するので、材料気体分 子の平均自由行程 λの 100倍程度の距離であれば、気体分子は十分に移動可能 である。そこで、凹部 22の深さを m〜mmのオーダとしておけば、 lPa程度の低真 空度の雰囲気中力も大気圧雰囲気中での薄膜 12の形成が可能であると考えられる
[0086] 1. OPa程度の低真空度は、比較的安価なロータリポンプによって達成することがで き、高価なターボ分子ポンプ等を要しない。よって、安価な真空設備で良好な薄膜を 形成することができる。
一方、圧力 p (Pa)、温度 T(K)のときに、 1秒間に単位面積に対して気体分子 (分 子量 Μ)が入射する頻度 F(lZm2秒）は、次式で与えられる。
[0087] [数 2]
Figure imgf000021_0001
[0088] たとえば、ロータリポンプで達成することができる真空度である 1. OPa圧力雰囲気 中において、温度が 250°C (523K)、であり、薄膜材料として P3T (分子量 M=400 . 578)を用いる場合には、 1秒間に単位面積に薄膜材料の気体分子が入射する頻 度 Fは、次式の通りとなる。
[0089] F= 5. 68 X 1021 (分子 Zm2秒）
[0090] 固体表面の原子密度は、 1 X 1019 (原子 Zm2)程度である。したがって、固体表面 に入射したすべての分子が表面吸着すると仮定すれば、この固体表面は約 1秒で覆 われることになる。大気圧（105Pa)での成膜をすると仮定すれば、固体表面は約 1 秒で覆われることになる。
[0091] 図 7は、被蒸着基板 10の薄膜形成面 11への薄膜形成のより具体的な方法を工程 順に示す図解図である。まず、供給基板 20が作製される（図 7(a))。すなわち、たとえ ばシリコン基板力もなる供給基板 20の材料供給面 21に、ウエットエッチングまたはド ライエッチングによって凹部 22のパターンが形成される。この凹部 22が形成された供 給基板 20の材料供給面 21に対して、蒸着法によって膜材料 23が付着させられる。 より具体的には、たとえば、膜材料として、有機膜材料である P3Tを用い、この P3T 分子を蒸着るつぼ 17から蒸発させて、材料供給面 21の全面に付着させる。 P3T薄 膜の膜厚は、たとえば 40nmとされ、蒸着速度は、たとえば 0. 5nmZ分とされる。
[0092] この後、図 7(b)に示すように、凹部 22外の材料供給面 21に付着している不要な膜 材料 23が、物理的に除去される。この不要な膜材料 23の除去は、たとえば半乾きの アセトン付ティッシュぺーパ KWで材料供給面 21を拭うようにして行われてもよ！/ヽ。こ れにより、凹部 22内にのみ膜材料 23が配置され、凹部 22外の材料供給面 21には 膜材料 23が存在しな 、状態となる。
[0093] 次に、図 7(c)に示すように、加熱手段としての加熱ヒータ 18上に、たとえばシリコン 基板カゝらなる被蒸着基板 10が薄膜形成面 11を上向きにして載置される。さら〖こ、こ の薄膜形成面 11上に、供給基板 20が、材料供給面 21を薄膜形成面 11に対向させ て載置される。すなわち、被蒸着基板 10は薄膜形成面 11を上向きとした姿勢で加熱 ヒータ 18の加熱面 19上に載置され、供給基板 20は材料供給面 21を下向きとした姿 勢で薄膜形成面 11上に載置されて、薄膜形成面 11と材料供給面とは互いに当接す る。
[0094] この状態で、加熱ヒータ 18は、たとえば加熱面 19が 160°C以上となるように通電制 御される。これによつて、供給基板 20の凹部 22内に形成される局所的閉空間 15内 では、膜材料 23である P3Tが加熱されてその気体分子が生じ、薄膜形成面 11にお いて、凹部 22に対向する各領域に付着していくことになる（近接蒸着工程)。こうして 、凹部 22内の膜材料 23を薄膜形成面 11に転写し、この薄膜形成面 11上で薄膜 12 のパターンを形成することができる。
[0095] 図 7(c)に示した構成では、蒸着による薄膜形成の進行速度を監視するために、カロ 熱ヒータ 18の加熱面 19上に、比較用の別の供給基板 20R (供給基板 20と同等のも の）が材料供給面 21を上向きにして載置されている。そして、材料供給面 21の上方 には、膜厚モニタとしての水晶振動子モニタ 25が配置されている。この水晶振動子 モニタ 25の出力に基づいて、成膜速度および膜厚をモニタしながら加熱ヒータ 18の 通電制御を行うことによって、薄膜形成面 11において所望の成膜速度で所望の膜 厚の P3T薄膜を成長させることができる。たとえば、成膜速度は 0. 5nmZ分とし、膜 厚は 25nmとする。
[0096] その後は、図 7(d)に示すように、被蒸着基板 10の薄膜形成面 11から、供給基板 20 が取り除かれる。こうして、 P3Tからなる薄膜 12のパターンが形成された被蒸着基板 10を得ることができる。 [0097] 図 8は、上述のような P3T薄膜を半導体活性層として用いた電界効果型トランジス タ (FET)の構造を図解的に示す断面図である。この図 8に示す FETでは、被蒸着基 板 10として、ゲートとして機能するシリコン基板 26の表面にゲート絶縁膜としての酸 化シリコン膜 27を形成したものを用いている。この被蒸着基板 10の薄膜形成面 11 ( すなわち、酸ィ匕シリコン膜 27の表面）に、 P3Tからなる薄膜 12が形成されている。こ の薄膜 12に接触するように、所定のチャネル長 Lをあけて、ソース'ドレインとしての 一対の電極 28, 29が形成されている。電極 28, 29の材料は、たとえば金である。
[0098] 図 9に、図 8に示す FETの特性の測定結果の一例を示す。ただし、チャネル長 Lを 30〜50 /ζ πιとし、チャネル幅を 2mmとした場合の特性である。この図 9には、ドレイ ン電圧（電極 28, 29間の印加電圧）に対するドレイン電流（電極 28, 29間に流れる 電流）の特性が、様々なゲート電圧 Vg (シリコン基板 26への印加電圧）に対して表わ されている。飽和領域におけるしきい値電圧 Vは 38. 9Vであり、飽和移動度
sat
=4. 73 X 10— 4cm2/V秒であり、オン/オフ比は 500であった。
[0099] 図 9から理解されるように、電極 28, 29をソース電極およびドレイン電極とし、シリコ ン基板 26をゲートとした図 8の構造の FETでは、良好な FET特性が観測されて 、る
[0100] 比較のために、同様な構造の FETを通常の真空蒸着法によって形成した場合の 特性を図 10に示す。飽和領域におけるしきい値電圧 Vは 14. IVであり、飽和移
T
動度； z =6. 84 X 10— 3cm2/V秒であり、オン/オフ比は 2. 1 X 103であった。
sat
[0101] 図 11は、薄膜形成のための他の具体的な工程を示す図解的な断面図である。材 料供給面 21に所望の薄膜形成パターンに対応した凹部 22のパターンが形成された 供給基板 20が予め作製される。この供給基板 20の凹部 22内に、マイクロシリンジを 用いて、 P3T溶液 35が滴下される。 P3T溶液 35は、たとえば、溶媒としてのアセトン 中に P3Tを溶解させたものであって、たとえばその濃度が約 0. 06 ％とされる。こ の場合、 1滴の滴下量が約 5 1であるとすれば、 1滴あたりの P3Tは、 3ng (ナノダラ ム）となる。
[0102] 図 11(a)の例では、凹部 22Aには 1滴の P3T溶液 35が滴下され、凹部 22Bに
は 3滴の P3T溶液 35が滴下されている。ただし、供給基板 20の材料供給面 21に複 数の凹部 22が形成されている場合に、必ずしも、それらの凹部 22に対する滴下量を 異ならせる必要はない。もっとも、複数の凹部 22は必ずしも等しい大きさに形成され るわけではないから、各凹部 22の大きさに応じて滴下量が定められるべきである。
[0103] P3T溶液 35の溶媒であるアセトンは、有機溶媒であって、揮発性を有して!/、るため 、凹部 22に滴下された後、速やかに揮発する。これにより、凹部 22内には、 P3Tの みが膜材料 23として残されることになる。
[0104] その後、図 11(b)に示すように、加熱ヒータ 18の加熱面 19上に供給基板 20が載置 される。このとき、供給基板 20は、その材料供給面 21を上向きとした姿勢とされる。こ の供給基板 20の材料供給面 21上に、被蒸着基板 10が薄膜形成面 11を下向きとし た姿勢で載置されることになる。このように加熱面 19側に供給基板 20を配置すること で、被蒸着基板 10の温度を供給基板 20よりも低くすることができるから、被蒸着基板 10への薄膜形成効率を高めることができる。
[0105] 図 11(b)の例では、成膜速度および膜厚を監視するために、比較用の別の供給基 板 20R (供給基板 20と同等のもの）が加熱ヒータ 18上に載置されている。この供給基 板 20Rに形成されている凹部 22には、供給基板 20と同様に膜材料 23が配置されて いる。そして、その上方には、膜厚モニタとしての水晶振動子モニタ 25が配置されて いる。この水晶振動子モニタ 25の出力を監視することによって、蒸着速度、すなわち 成膜速度を監視でき、かつ、成膜された膜厚を求めることができる。
[0106] カロ熱ヒータ 18は、たとえば加熱面 19の温度を熱電対 34によって監視しつつ、この 加熱面 19が 145°C〜190°Cとなるように通電制御される。これによつて、供給基板 2 0が加熱されるから、凹部 22に配置された膜材料 23の蒸発が始まり、凹部 22によつ て区画された局所的閉空間内に充満する。こうして、凹部 22内の膜材料 23の気体 分子が、凹部 22に対応する薄膜形成面 11上の領域に輸送される (近接蒸着工程)。 その結果、薄膜形成面 11には、凹部 22のパターンに対応した薄膜 12のパターンが 形成される。
[0107] 蒸着速度は、たとえば、蒸着初期には 1. OnmZ分程度となり、蒸着後期には 0. 1 nmZ分程度となる。薄膜 12の膜厚は、たとえば 7nm程度とされる。薄膜 12の形成 後は、図 11(c)に示すように、被蒸着基板 10と供給基板 20とが引き離され、薄膜形成 面 11に薄膜 12のノターンが形成された被蒸着基板 10を得ることができる。
[0108] 従来の蒸着法の場合には、たとえば、るつぼの温度を約 230°Cとしたときに、約 15 cmの距離に配置した基板上に薄膜の形成を開始させることができる。これに対して、 図 11に示す工程の場合には、加熱面 19の温度を約 145°Cとすれば、供給基板 20 上の膜材料 23から約 lmmの距離にある薄膜形成面 11への成膜が始まる。
[0109] 図 12および図 13は、図 11の工程に従って形成された P3T薄膜を半導体活性層と した FETの特性を示す図である。図 12は、 P3T溶液の滴下量を約 5 1 (1滴）として 形成した P3T薄膜の場合の FET特性を示し、図 13は、 P3T溶液の滴下量を 50 1( 10滴）とした場合の P3T薄膜を用いた FET特性を示している。図 12— 1および図 13 — 1は、それぞれ、ドレイン電圧に対するドレイン電流の特性を示し、ゲート電圧 Vgを 50V、 一 40V、 一 30V、 一 20V、 一 10V、 OVに設定したときの特性が示されてい る。また、図 12— 2および図 13— 2は、それぞれゲート電圧 Vgに対するドレイン電流 の変化 (ただし、縦軸はドレイン電流 Iの
D 平方根）を示している。
[0110] いずれの場合も、良好な FET特性が得られており、しきい値電圧 Vはそれぞれ
T
20. 7V、 - 27. 6V、飽和移動度； z はそれぞれ 5. 02 X 10— 4cm2ZV秒、 2. 19 X sat
10— 3cm2ZV秒、オン Zオフ比（ON/OFF ratio)はそれぞれ 500、 8. 6 X 103となつ ていて、 、ずれも良好な値を示して 、る。
[0111] 図 14は、薄膜形成工程のさらに他の具体例を説明するための図解的な断面図で ある。この例の場合も、図 14(a)に示すように、供給基板 20の凹部 22内に P3T溶液 3 5 (たとえば、溶媒としてパラキシレンを用いた約 0. 5mgZgの濃度のもの）をマイクロ シリンジで滴下することによって、 P3Tからなる膜材料 23が凹部 22内に配置される。
[0112] この状態の供給基板 20が、図 14(b)に示すように、加熱ヒータ 18の加熱面 19上に 載置される。このとき、材料供給面 21は上向きの状態とされる。この材料供給面 21上 に、断熱層および弾性変形層としてのフッ素榭脂スぺーサ 30が載置される。このフッ 素榭脂スぺーサ 30は、たとえば、厚さ 3mm程度の板状体であり、凹部 22とほぼ同一 パターンの開口 31が形成されていて、この開口 31が凹部 22と整合させられる。
[0113] さらに、フッ素榭脂スぺーサ 30上に被蒸着基板 10 (たとえばシリコン基板)が載置さ れる。こうして、被蒸着基板 10の薄膜形成面 11と、供給基板 20の材料供給面 21と の間にフッ素榭脂スぺーサ 30が介在された状態となり、被蒸着基板 10および供給 基板 20は、フッ素榭脂スぺーサ 30の両面にそれぞれ当接することになる。この状態 で、加熱ヒータ 18は、熱電対 34によってモニタされる加熱面 19の温度がたとえば 25 0°Cとなるように通電制御される。
[0114] 加熱面 19上には、供給基板 20と同様に作製した比較用の供給基板 20Rが載置さ れ、その上方には、膜厚モニタとしての水晶振動子モニタ 25が配置されている。この 水晶振動子モニタ 25の出力を監視しながら、凹部 22内の膜材料を蒸発させ、被蒸 着基板 10の薄膜形成面 11に導 ヽて、蒸着させる処理が進行させられる (近接蒸着 工程)。この工程は、たとえば、ロータリポンプによって 0. 7Pa程度に減圧された真空 室中で行われてもよい。
[0115] 加熱面 19を 250°Cに加熱したとき、フッ素榭脂スぺーサ 30の断熱効果によって、 被蒸着基板 10の温度はたとえば 174°Cとなる。また、加熱ヒータ 18の加熱面 19を 10 0°Cに制御すると、被蒸着基板 10の温度はたとえば 70°Cとなり、加熱面 19の温度が 160°Cのとき被蒸着基板 10の温度はたとえば 118°Cとなる。
[0116] このように、フッ素榭脂スぺーサ 30による断熱効果によって、供給基板 20と被蒸着基 板 10との間に十分な温度勾配を形成することができる。その結果、より低温の被蒸着 基板 10の薄膜形成面 11上に良好に膜材料分子が付着し、薄膜 12の良好なパター ンを薄膜形成面 11に形成することができる。
[0117] 本件発明者は、図 11の工程で形成した薄膜パターンと図 14の工程で形成した薄 膜パターンとを比較した。その結果、図 11の工程の場合には、被蒸着基板 10の薄 膜形成面 11に微結晶粒の状態の薄膜 12が形成されていたのに対し、図 14の工程 の場合には、膜状の P3Tが薄膜形成面 11に形成されて!ヽるのが確認された。
[0118] フッ素榭脂スぺーサ 30は、その断熱性能によって、供給基板 20と被蒸着基板 10と の間に十分な温度勾配を提供する機能を有するほか、その弾性変形性能によって、 凹部 22内の局所的閉空間の密閉性を向上する機能をも有している。すなわち、被蒸 着基板 10の自重により、および Zまたは、必要に応じて、被蒸着基板 10に対して下 方に向力う外力を付加することにより、フッ素榭脂スぺーサ 30が弾性変形して、被蒸 着基板 10および供給基板 20の両方に対して良好に密着する。これによつて、凹部 2 2内および当該フッ素榭脂スぺーサの開口 31によって区画された空間は、良好な密 閉空間となる。その結果、この密閉空間から膜材料分子が逃げ出すことができないの で、良好な結晶性を有する薄膜 12が被蒸着基板 10の薄膜形成面 11に形成される ことになる。
[0119] 薄膜 12の形成後は、被蒸着基板 10を、フッ素榭脂スぺーサ 30から引き離せばよ い。フッ素榭脂スぺーサ 30は、被蒸着基板 10および供給基板 20とは独立して設け られてもよいが、被蒸着基板 10または供給基板 20のいずれかの表面にたとえば接 着によって予め固定されて 、てもよ 、。フッ素榭脂スぺーサ 30を供給基板 20側に固 定する場合には、図 15に示すように、供給基板 20の材料供給面 21を平坦面とし、フ ッ素榭脂スぺーサ 30の開口 31と、平坦な材料供給面 21とによって膜材料を配置す るための凹部 22を形成するようにしてもょ 、。
[0120] 図 16は、供給基板 20の作製のための他の工程例を示す図解的な断面図である。
この例では、供給基板 20の材料には、フォトマスクのように紫外線を透過させる材料 が適用される。この供給基板 20の材料供給面 21には、図 16(a)に示すように、予め エッチングによって凹部 22が所望のパターンに形成される。そして、材料供給面 21 とは反対側の表面 24には、凹部 22に対応する位置に、紫外線を遮光する遮光性マ スク（たとえばクロム力 なるもの） 33がパターン形成される。
[0121] この状態で、図 16(b)に示すように、たとえば、蒸着、スピンコート法、ディップ法また は印刷法によって、供給基板 20の材料供給面 21の全面に、たとえば有機物力もな る膜材料 23の膜が形成される。
[0122] 次いで、図 16(c)に示すように、表面 24側力も紫外線 36を照射することにより、凹部 22以外の部分の膜材料 23が露光されて除去される。こうして、図 16(d)に示すように 、凹部 22内にのみ膜材料 23が配置された状態となる。
[0123] この後は、図 16(e)に示すように、供給基板 20を被蒸着基板 10の薄膜形成面 11に 近接配置し、膜材料 23を加熱することにより、膜材料 23を被蒸着基板 10の薄膜形 成面 11上に蒸着して、薄膜 12のパターンを形成することができる。
[0124] 図 17は、薄膜形成工程の応用例を示す図である。この例では、 2種類の供給基板 201, 202が用いられている。すなわち、供給基板 201を用いて第 1のパターンの薄 膜 121を被蒸着基板 10上に形成した後、もう 1つの供給基板 202を用いて別の第 2 のパターンの薄膜 122が被蒸着基板 10上に重ねて蒸着されている。こうして、複雑 なフォトリソグラフイエ程を経ることなぐ 2種類のパターンの薄膜 121, 122を被蒸着 基板 10上に重ねて形成することができる。むろん、 3種類以上の薄膜パターンの形 成も同様にして行われる。
[0125] 供給基板 201, 202は、前述の供給基板 20と同様な構成を有するものであり、図 1 7において、供給基板 20の各部に対応する部分には、同一の参照符号を付して示 す。ただし、符号 213は供給基板 201, 201の材料供給面 21の四隅に設けられた位 置合わせマークであり、被蒸着基板 10の位置合わせマーク 13 (図 2参照）との位置 合わせのためのものである。
[0126] 供給基板 201の材料供給面 21には、薄膜 121のパターンに対応した凹部 22が形 成されており、供給基板 202の材料供給面 21には、薄膜 122のパターンに対応した 凹部 22が形成されている。そして、供給基板 201の凹部 22には、第 1の膜材料 231 (たとえば有機物材料)が配置されており、供給基板 202の凹部 22には、別の第 2の 膜材料 232 (たとえば有機物材料)が配置されている。したがって、 2種類の材料の薄 膜 121, 122を被蒸着基板 10上に形成することができる。
[0127] 図 18は、供給基板の他の例を示す図解的な斜視図である。この供給基板 203は、 第 1の膜材料 233が配置された第 1の凹部 221と、別の第 2の膜材料 234が配置され た第 2の凹部 222とを有している。この供給基板 203を被蒸着基板 10の薄膜形成面 11に近接対向させて近接蒸着処理を行うことにより、 2種類の膜材料の薄膜 123, 1 24の各パターンを同時に薄膜形成面 11に形成することができる。
[0128] 図 19は、被蒸着基板の薄膜形成面への薄膜形成のための他の工程を説明するた めの図解的な断面図である。この例では、被蒸着基板 10および供給基板 20を近接 させて凹部 22から膜材料 23を薄膜形成面 11に蒸着させるとともに、被蒸着基板 10 の背後 (薄膜形成面 11とは反対側)力も光重合用の光 40 (たとえば紫外線)が照射 される。これにより、たとえば有機物からなる膜材料 23を被蒸着基板 10の薄膜形成 面 11に蒸着するとともに、同時にその光重合処理を行うことができる。
[0129] ただし、この場合には、被蒸着基板 10は、光重合用の光 40に対して透明なもので ある必要がある。
[0130] 図 20は、供給基板 20の他の例を説明するための図解的な断面図である。この供 給基板 20には、凹部 22に対応する位置に加熱手段としてのヒータ 42が内蔵されて いる。したがって、供給基板 20を被蒸着基板 10に近接配置するとともに、ヒータ 42に 対して通電を行うことによって、凹部 22内の膜材料 23を薄膜形成面 11に蒸着して転 写することができる。たとえば、複数の凹部 22に対して個別に駆動可能なヒータ 42を それぞれ配置しておけば、薄膜形成面 11に形成される薄膜 12のパターンを制御す ることがでさる。
[0131] むろん、ヒータ 42は、凹部 22付近だけでなぐ供給基板 20全体を加熱するようにこ の供給基板 20内に設けられて 、てもよ 、。
[0132] 図 21は、供給基板 20の凹部 22に対する膜材料 23の供給方法の一例を示す図解 図である。まず、図 21(a)に示すように、凹部 22に対応した開口 44を有するマスク部 材 45が材料供給面 21に載置される。この状態で、図 21(b)に示すように、マスク部材 45上に膜材料 23 (たとえば流動性のもの）が供給される。その後、図 21(c)に示すよう に、マスク部材 45を除去すれば、凹部 22内に選択的に膜材料 23を配置することが できる。
[0133] 図 22は、供給基板 20の凹部 22に対する膜材料 23の供給方法の他の例を示す図 解図である。この例では、粒状の膜材料 235が用いられる。粒状膜材料 235は、凹 部 22に入り込むことができるサイズを有していて、供給基板の材料供給面 21上に供 給した後に（図 22(a)参照）、凹部 22外の材料供給面 21上にあるものは、供給基板 2 0外に掃き出される力、または振り落とされる（図 22(b)参照)。これによつて、容易に凹 部 22内に粒状膜材料 235を選択的に配置することができる。
[0134] むろん、図 21に示す工程のように、マスク部材を用い、その上から、粒状膜材料 23 5を供給し、その後にマスク部材を取り除くようにしても、凹部 22内への粒状膜材料 2 35の選択的配置が可能である。
[0135] なお、粒状膜材料 235は、有機材料を粒状に形成したものであってもよ!/ヽし、有機 材料を有機溶剤に溶解させた溶液をカプセル中に収容して形成されたものであって ちょい。 [0136] 以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実 施することもできる。たとえば、図 23に示すように、供給基板 20の平坦な材料供給面 21のほぼ全面に膜材料 23を配置するとともに、被蒸着基板 10の薄膜形成面 11に は、所望のパターンに対応した開口 31を有するフッ素榭脂スぺーサ 30を固定してお き、フッ素榭脂スぺーサ 30と供給基板 20とを密接させた状態で近接蒸着処理を行つ てもよい。この場合、フッ素榭脂スぺーサ 30の開口 31を介する蒸着によって、所望 のパターンの薄膜 12を薄膜形成面 11に形成できる。その後は、フッ素榭脂スぺーサ 30を薄膜形成面 11から取り除けばよい。
[0137] さらに、図 24に示すように、供給基板 20の材料供給面 21を平坦面として、この平 坦な材料供給面 21に膜材料 23を所望の薄膜パターンの鏡像パターンに形成して おいてもよい。この場合に、被蒸着基板 10および供給基板 20を近接させた状態で 供給基板 20を加熱すると、膜材料 23の配置領域に対向する薄膜形成面 11上の領 域に膜材料 23が輸送されて蒸着される。こうして、薄膜 12の所望のパターンを薄膜 形成面 11上に形成することができる。
[0138] また、図 25に示すように、被蒸着基板 10の薄膜形成面 11とは反対側の表面 9に、 冷却装置 50を配置してもよい。これにより、被蒸着基板 10を供給基板 20よりも確実 に低温にすることができるので、薄膜 12の形成効率を高めることができる。図 25の例 では、表面 9の全面を冷却装置 50で冷却するようにしている力 たとえば、薄膜 12を 形成すべき領域を選択的に冷却するようにしてもよい。これにより、冷却されている領 域における薄膜形成効率が高まるので、さらに良好な薄膜パターンの形成が可能に なる。
[0139] なお、冷却装置 50としては、ペルチェ素子や、冷媒 (冷却水等）を用いた熱交換装 置を例示することができる。
[0140] また、低真空中に限らず、大気中での成膜も可能である。たとえば、大気中、 Nガ
2 ス下で、有機材料の蒸着が可能である。具体的には、有機材料として P3Tを用い、 滴下量 30 1、蒸着時間 2分として実験したところ、高配向 P3T薄膜パターンを成膜 できた。
[0141] また、供給基板に材料供給面に担持される膜材料は、単体のものである必要はなく 、複数種類の材料の混合物であってもよい。これにより、予め所定の比率で混合した 混合物 (たとえば複数種類の有機物材料の混合物)を供給基板に担持させておけば 、容易に所定の組成比の混合材料薄膜を被蒸着基板上に形成することができる。す なわち、従来の蒸着法によって同様な混合物を形成するには、真空装置内に複数の るつぼを配置して、混合すべき材料をそれぞれ蒸発させる共蒸着法によらなければ ならない。しかし、共蒸着法では、材料の混合比率の制御のためには、るつぼの加熱 制御を厳密に行う必要があり、所望の比率の混合物を得ることが容易ではない。そこ で、たとえば、複数種類の有機物材料を所定の比率で有機溶媒中に溶解しておき、 これを供給基板の材料供給面に形成された凹部に滴下する。これにより、所望の比 率の混合物を凹部内に配置した供給基板を準備できるから、これを用いて前述の近 接蒸着工程を行えばよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが 可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 被蒸着基板の薄膜形成面に所定の膜材料を蒸着させることによって前記膜材料の 薄膜を形成する方法であって、
前記被蒸着基板の薄膜形成面と、前記膜材料を材料供給面に担持した供給基板 の前記材料供給面とを、前記供給基板上の前記膜材料と前記被蒸着基板の前記薄 膜形成面との間に所定の間隙を確保した状態で、近接対向配置する対向配置工程 と、
この対向配置工程によって前記供給基板および前記被蒸着基板が対向配置され た状態で、前記材料供給面上の前記膜材料を蒸発させることにより、前記材料供給 面の前記膜材料が担持された各領域力 これに対向する前記薄膜形成面の各対向 領域へと前記膜材料を輸送して、前記薄膜形成面に前記膜材料の薄膜を形成する 蒸着工程と、
を含むことを特徴とする薄膜形成方法。
[2] 前記対向配置工程では、前記供給基板上の前記膜材料と前記薄膜形成面との間 隙が、前記供給基板から蒸発した膜材料の平均自由行程の 100倍以下の範囲とな るように、前記被蒸着基板および前記供給基板が対向配置されることを特徴とする請 求項 1に記載の薄膜形成方法。
[3] 前記供給基板の材料供給面には、前記被蒸着基板の前記薄膜形成面に形成す べき薄膜パターンに対応するパターンで前記膜材料が配置されていることを特徴と する請求項 1に記載の薄膜形成方法。
[4] 前記供給基板の材料供給面には、前記被蒸着基板の前記薄膜形成面に形成す べき薄膜パターンに対応するパターンの凹部が形成されており、この凹部内に前記 膜材料が配置されて!ヽることを特徴とする請求項 1に記載の薄膜形成方法。
[5] 前記対向配置工程では、前記凹部と前記被蒸着基板の薄膜形成面とによって、実 質的に密閉された局所的閉空間が区画されることを特徴とする請求項 4に記載の薄 膜形成方法。
[6] 前記対向配置工程では、前記被蒸着基板の薄膜形成面と、前記供給基板の材料 供給面との間に、前記薄膜形成面において薄膜を形成すべき領域に対向し、実質 的に密閉された局所的閉空間が区画されることを特徴とする請求項 1に記載の薄膜 形成方法。
[7] 前記対向配置工程では、前記被蒸着基板と前記供給基板との間に弾性変形層が 介在されることを特徴とする請求項 1に記載の薄膜形成方法。
[8] 前記蒸着工程では、前記被蒸着基板の温度が、前記供給基板の温度よりも低温に 保持されることを特徴とする請求項 1に記載の薄膜形成方法。
[9] 前記蒸着工程では、前記被蒸着基板と前記供給基板との間に断熱層が介在され ることを特徴とする請求項 1に記載の薄膜形成方法。
[10] 第 1の膜材料を材料供給面に担持した第 1の供給基板を用いて前記対向配置ェ 程および前記蒸着工程を実行し、
つぎに、第 2の膜材料を材料供給面に担持した第 2の供給基板を用いて前記対向 配置工程および前記蒸着工程を実行することを特徴とする請求項 1に記載の薄膜形 成方法。
[11] 前記供給基板は、前記材料供給面に 2種類以上の膜材料を担持しており、
前記蒸着工程は、前記材料供給面上の 2種類以上の膜材料を前記薄膜形成面に 同時に蒸着する工程を含むことを特徴とする請求項 1に記載の薄膜形成方法。
[12] 前記 2種類以上の膜材料の混合物が前記材料供給面に担持されていることを特徴 とする請求項 11に記載の薄膜形成方法。
[13] 前記 2種類以上の膜材料が、前記材料供給面の異なる領域に配置されて!ヽること を特徴とする請求項 11に記載の薄膜形成方法。
[14] 前記被蒸着基板の前記薄膜形成面とは反対側の表面から、当該被蒸着基板を透 過する光によって、前記被蒸着基板に蒸着した薄膜を照射する工程をさらに含むこ とを特徴とする請求項 1に記載の薄膜形成方法。
[15] 前記蒸着工程は、前記被蒸着基板の前記薄膜形成面を上方に向けた水平姿勢と し、前記供給基板の前記材料供給面を下方に向けた水平姿勢として行われることを 特徴とする請求項 1に記載の薄膜形成方法。
[16] 前記蒸着工程は、前記被蒸着基板の前記薄膜形成面を下方に向けた水平姿勢と し、前記供給基板の前記材料供給面を上方に向けた水平姿勢として行われることを 特徴とする請求項 1に記載の薄膜形成方法。
[17] 被蒸着基板の薄膜形成面に所定の膜材料を気体分子として供給するための蒸着 源となる蒸着源基板であって、
前記被蒸着基板の薄膜形成面に対向させられるべき材料供給面に、前記被蒸着 基板の薄膜形成面に形成すべき薄膜パターンに対応するパターンで前記膜材料が 配置されて!ゝることを特徴とする蒸着源基板。
[18] 前記材料供給面には、前記薄膜パターンに対応するパターンの凹部が形成されて おり、この凹部内に前記膜材料が配置されていることを特徴とする請求項 17に記載 の蒸着源基板。
[19] 被蒸着基板の薄膜形成面に所定の膜材料を気体分子として供給するための蒸着 源を構成すべき蒸着源基板であって、
前記被蒸着基板の薄膜形成面に対向させられるべき材料供給面に、前記膜材料 が配置可能な凹部が形成されており、この凹部が、前記被蒸着基板の薄膜形成面に 形成すべき薄膜パターンに対応するパターンに形成されていることを特徴とする蒸着 源基板。
[20] 前記材料供給面に配置された断熱層をさらに含むことを特徴とする請求項 17に記 載の蒸着源基板。
[21] 前記材料供給面に配置された弾性変形層をさらに含むことを特徴とする請求項 17 に記載の蒸着源基板。
[22] 前記膜材料を加熱して蒸発させるための加熱手段が内蔵されていることを特徴とす る請求項 17に記載の蒸着源基板。
[23] 誘導加熱可能な材料で構成されていることを特徴とする請求項 17に記載の蒸着源 基板。
[24] 所定の波長の光に対して透明な材料で構成されて ヽることを特徴とする請求項 17 に記載の蒸着源基板。
[25] 被蒸着基板の薄膜形成面に所定の膜材料を気体分子として供給するための蒸着 源となる蒸着源基板を製造するための方法であって、
被蒸着基板の薄膜形成面に対向させられるべき材料供給面に、前記被蒸着基板 の薄膜形成面に形成すべき薄膜パターンに対応するパターンで前記膜材料を配置 する工程を含むことを特徴とする蒸着源基板の製造方法。
[26] 被蒸着基板の薄膜形成面に所定の膜材料を気体分子として供給するための蒸着 源となる蒸着源基板を製造するための方法であって、
被蒸着基板の薄膜形成面に対向させられるべき材料供給面に、前記被蒸着基板 の薄膜形成面に形成すべき薄膜パターンに対応するパターンで凹部を形成するェ 程と、
前記凹部内に前記膜材料を配置する工程と、
を含むことを特徴とする蒸着源基板の製造方法。
[27] 前記膜材料を配置する工程は、前記凹部内に前記膜材料を所定の溶媒に溶解さ せた溶液を供給する工程を含むことを特徴とする請求項 26に記載の蒸着源基板の 製造方法。
[28] 前記膜材料を配置する工程は、
前記凹部に入り込むことができる大きさの粒状の膜材料を前記凹部内に配置する 工程を含むことを特徴とする請求項 26に記載の蒸着源基板の製造方法。
[29] 前記膜材料を配置する工程は、
前記材料供給面の凹部外の領域をマスク部材で覆う工程と、
前記材料供給面全体に前記膜材料を供給する工程と、
前記マスク部材を除去する工程と、
を含むことを特徴とする請求項 26に記載の蒸着源基板の製造方法。
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