(57)【要約】【課題】大型の基板上に均一な厚さの薄膜を簡便に形成可能な成膜装置、および成膜方法を提供する。【解決手段】蒸着源と接続され、複数の開口部を備えているヘッドと、前記ヘッドに巻き付けられているヒータを有し、前記ヒータは、前記蒸着源の側に位置する第１領域と、前記第１領域の前記蒸着源とは反対の側に位置する第２領域を有し、前記ヒータは、記第１領域と前記第２領域において、不均一に配置される成膜装置が提供される。さらに、この成膜装置を用いた成膜方法が提供される。【選択図】図１
2018003137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸着源と、
前記蒸着源と接続され、複数の開口部を備えているヘッドと、
前記ヘッドに巻き付けられているヒータと、を有し、
前記ヒータは、前記蒸着源の側に位置する第１領域と、前記第１領域の前記蒸着源とは反対の側に位置する第２領域とを有し、
前記ヒータは、記第１領域と前記第２領域において、不均一に配置されることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記ヒータは、前記複数の開口部の間を通過するように配置される、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記ヒータは、記第１領域と前記第２領域において、重なって複数回巻き付けられた部分を有し、
前記第１領域における前記ヒータの第１の巻き数と、前記第２領域における前記ヒータの第２の巻き数とは、互いに異なる、請求項１または請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記第２の巻き数は前記第１の巻き数よりも大きい、請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記第１領域における前記ヒータの第１の幅と、前記第２領域における前記ヒータの第２の幅とは、互いに異なる、請求項１または請求項２に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記第２の幅は前記第１の幅よりも大きい、請求項５に記載の成膜装置。
【請求項７】
前記ヒータは電熱線を含み、
前記電熱線は、前記ヘッドの長手方向である第１の方向に延在し、かつ前記第１の方向と交差する第２の方向に複数本並んでいる部分を有し、
前記第１領域における前記電熱線が前記第２の方向に並んでいる第１の本数と、前記第２領域における前記電熱線が前記第２の方向に並んでいる第２の本数とは、互いに異なる、請求項１または請求項２に記載の成膜装置。
【請求項８】
前記第２の本数は前記第１の本数よりも大きい、請求項７に記載の成膜装置。
【請求項９】
前記ヒータはシート状であり、
前記ヒータは前記ヘッドから着脱可能である、請求項１から請求項８の何れか１項に記載の成膜装置。
【請求項１０】
蒸着源と、
前記蒸着源を覆い、開放端が前記蒸着源に接続され、複数の開口部を備える閉管と、
前記閉管に巻き付いているヒータと、を有し、
前記ヒータは、前記開放端の側と前記開放端とは反対の側において、不均一に配置されることを特徴とする成膜装置。
【請求項１１】
前記ヒータは、前記閉管の同じ個所に複数回巻き付けられており、
前記開放端からの距離が増大するにつれて、前記ヒータの巻き数は増大する、請求項１０に記載の成膜装置。
【請求項１２】
前記開放端からの距離が増大するにつれて、前記ヒータの幅は増大する、請求項１０に記載の成膜装置。
【請求項１３】
基板の主面が水平面に対して垂直になるように、前記基板を保持する基板ホルダをさらに有し、
前記複数の開口部が前記基板ホルダに対向するように配置される、請求項１０に記載の成膜装置。
【請求項１４】
蒸着源において材料を加熱して気化させる工程と、
前記蒸着源と接続され、複数の開口部を備えているヘッドの中へ前記材料の蒸気を導入する工程と、
前記複数の開口部を通して前記蒸気を前記ヘッドから射出する工程と、
前記材料が加熱される間、前記ヘッドに巻きつけられたヒータによって前記ヘッドを加熱する工程を含み、
前記ヒータは、前記蒸着源の側に位置する第１領域と、前記第１領域の前記蒸着源とは反対の側に位置する第２領域を有し、
前記ヒータは、記第１領域と前記第２領域において、不均一に配置されることを特徴とする成膜方法。
【請求項１５】
前記ヘッドは、長手方向が水平面に対して垂直になるように配置される、請求項１４に記載の成膜方法。
【請求項１６】
前記材料の気化時、
基板の主面が前記水平面に対して垂直になるように、前記基板を配置し、
前記複数の開口部を前記主面に対向させて、前記蒸気を前記ヘッドから射出する、請求項１５に記載の成膜方法。
【請求項１７】
前記ヒータによって前記ヘッドを加熱する工程は、前記ヘッドの温度勾配を解消する、請求項１４から請求項１６の何れか１項に記載の成膜方法。
【請求項１８】
前記ヒータは、少なくとも記第１領域と前記第２領域とにおいて、重なって複数回巻き付けられた部分を有し、
前記第１領域における前記ヒータの第１の巻き数と、前記第２領域における前記ヒータの第２の巻き数とは、互いに異なっている、請求項１４から請求項１６の何れか１項に記載の成膜方法。
【請求項１９】
前記第１領域における前記ヒータの第１の幅と、前記第２領域における前記ヒータの第２の幅とは、互いに異なる、請求項１４から請求項１６の何れか１項に記載の成膜方法。
【請求項２０】
前記ヒータは電熱線を含み、
前記電熱線は、前記ヘッドの長手方向である第１の方向に延在し、且つ前記第１の方向と交差する第２の方向に複数本並んでいる部分を有し、
前記第１領域における前記電熱線が前記第２の方向に並んでいる第１の本数と、前記第２領域における前記電熱線が前記第２の方向に並んでいる第２の本数とは、互いに異なっている、請求項１４から請求項１６の何れか１項に記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態の一つは、有機化合物や無機化合物を含む膜を作製するための装置、および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機化合物や無機化合物の薄膜、たとえば数Åから数百μｍ程度の厚さを有する薄膜を形成する技術は、半導体素子を作製する上できわめて重要な技術である。このような薄膜は様々な方法で形成することができるが、代表的な例として、気相法が挙げられる。気相法は物理的方法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と化学的方法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）に大別される。
【０００３】
物理的方法の中で最もシンプルな方法の一つとして真空蒸着法（以下、単に蒸着法、あるいは蒸着と記す）が知られている。これは、高真空下、蒸着源において抵抗加熱方式で材料を加熱して気化させ、得られる蒸気を基板に晒して固化させ、固化した材料を堆積させて薄膜を得る方法である。蒸気圧が小さい、あるいは融点が高い材料を蒸着する場合、気化した材料が基板に到達する前に固化することを防ぐため、材料が充填された坩堝などの容器を加熱するヒータとともに、材料の射出口周辺を加熱するためのヒータを併設し、蒸着効率を向上させることが特許文献１乃至３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２１９３７６号公報
【特許文献２】特開２００８−２９１３３９号公報
【特許文献３】特開２０１２−２４８４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態の課題の一つは、大型の基板上に均一な厚さの薄膜を簡便に、かつ効率よく形成可能な成膜装置、および成膜方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態の一つは、蒸着源と、蒸着源と接続され、複数の開口部を備えているヘッドと、ヘッドに巻き付けられているヒータを有し、ヒータは、蒸着源の側に位置する第１領域と、第１領域の蒸着源とは反対の側に位置する第２領域を有し、ヒータは、第１領域と第２領域において、不均一に配置される成膜装置である。
【０００７】
本発明の実施形態の一つは、蒸着源において材料を加熱して気化させる工程と、蒸着源と接続され、複数の開口部を備えるヘッドの中へ材料の蒸気を導入する工程と、複数の開口部を通して蒸気をヘッドから射出する工程と、材料が加熱される間、ヘッドに巻きつけられたヒータによってヘッドを加熱する工程を含み、ヒータは、蒸着源の側に位置する第１領域と、第１領域の蒸着源とは反対の側に位置する第２領域を有し、ヒータは、第１領域と第２領域において、不均一に配置される成膜方法である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態の一つである成膜装置の模式的側面図。
【図２】本発明の実施形態の一つである成膜装置の模式的上面図。
【図３】本発明の実施形態の一つである成膜装置の模式的上面図。
【図４】本発明の実施形態の一つである成膜装置の模式的断面図。
【図５】本発明の実施形態の一つである成膜装置の模式的側面図。
【図６】本発明の実施形態の一つである成膜装置の模式的断面図。
【図７】本発明の実施形態の一つである成膜装置の模式的断面図。
【図８】本発明の実施形態の一つである成膜装置の模式的断面図。
【図９】本発明の実施形態の一つである成膜装置の模式的側面図と断面図。
【図１０】本発明の実施形態の一つである成膜装置のシート状ヒータの模式的上面図、および成膜装置の模式的側面図。
【図１１】本発明の実施形態の一つである成膜装置のシート状ヒータの模式的上面図。
【図１２】本発明の実施形態の一つである成膜装置の模式的側面図。
【図１３】本発明の実施形態の一つである成膜装置のシート状ヒータの模式的上面図、および成膜装置の模式的側面図と断面図。
【図１４】本発明の実施形態の一つである成膜装置のシート状ヒータの模式的上面図。
【図１５】本発明の実施形態の一つである成膜装置の模式的側面図。
【図１６】本発明の実施形態の一つである成膜装置の模式的側面図。
【図１７】本発明の実施形態の一つである成膜装置の模式的上面図。
【図１８】本発明の実施形態の一つである成膜方法で用いる基板の模式的断面図。
【図１９】本発明の実施形態の一つである成膜方法を説明する模式的断面図。
【図２０】本発明の実施形態の一つである成膜方法を説明する模式的断面図。
【図２１】本発明の実施形態の一つである成膜方法を説明する模式的断面図。
【図２２】本発明の実施形態の一つである成膜方法を説明する模式的断面図。
【図２３】本発明の実施形態の一つである成膜方法を説明する模式的断面図。
【図２４】本発明の実施形態の一つである成膜方法を説明する模式的断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の各実施形態について、図面等を参照しつつ説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００１０】
図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。
【００１１】
本明細書および特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。
【００１２】
（第１実施形態）
本実施形態では、本発明の実施形態の一つである成膜装置１００の構造、および成膜装置１００を用いる成膜方法に関し、図１乃至図１５を用いて説明する。成膜装置１００は蒸着によって膜を基板１４０上に形成する装置であり、蒸着装置とも呼ばれる。
【００１３】
［１．全体構成］
図１に成膜装置１００とそれを設置可能なチャンバー２００の側面模式図を、図２に上面模式図を示す。図１に示すように、成膜装置１００は、後述する坩堝１０２を保持する容器１０４を含む蒸着源１０６、および閉管１０８を有する。ここで閉管とは、片方が閉じ、片方が開いた管を意味する。蒸着源１０６では、形成される膜に含まれる材料が坩堝１０２内に充填され、坩堝１０２が加熱され、材料が気化される。一方、閉管１０８は、気化された材料の蒸気を、膜を形成する基板１４０上へ均一に導く機能を有する。なお、閉管１０８に相当する箇所を、ヘッド、収容部、チューブ、混合室と呼ぶこともある。
【００１４】
図１では、一つのチャンバー２００内に一セットの蒸着源１０６と閉管１０８を有する例が示されているが、蒸着源１０６と閉管１０８のセット数は任意であり、複数セットの蒸着源１０６と閉管１０８を設けてもよい。これにより、互いに異なる材料を含む複数の膜を積層することができる。さらに、共蒸着を行うことができ、異なる材料を複数含む膜を形成することもできる。
【００１５】
チャンバー２００はステンレス製の壁や床を有することができ、内部を高真空下に保つよう、図示しない真空ポンプと接続される。また、チャンバー２００内の圧力は高真空から常圧へ変化させることも可能であり、その際、内部をアルゴンや窒素などの不活性ガスで充填できるように構成することもできる。図２に示すように、チャンバー２００は複数の処理室から構成されてもよく、処理室間はシャッター２０２、２０４によって互いに仕切ることができる。シャッター２０２、２０４を操作し、基板１４０やメタルマスク１４４の受け渡しを処理室間で行うように、成膜装置１００とチャンバー２００を構成してもよい。
【００１６】
成膜装置１００はさらに、基板１４０を保持する基板ホルダ１４２を有してもよい。図１、２に示すように、基板ホルダ１４２は、基板１４０の主面（膜が形成される面）が水平面に対して垂直に配置されるように基板１４０を保持することができる。基板ホルダ１４２は、基板１４０とともにメタルマスク１４４を同時に保持できるように構成してもよい。メタルマスク１４４は基板１４０と蒸着源１０６の間に設置される。任意の構成として成膜装置１００はさらに、メタルマスク１４４と基板１４０を密着させ、メタルマスクの配置（アライメント）精度を向上させるために、マグネット１４６を有してもよい。これにより、形成される膜の位置の精度を向上させることができる。
【００１７】
図１に示すように、基板１４０の主面を水平面に対して垂直に配置する場合、成膜装置１００の占有面積を大幅に縮小することができる。さらに、メタルマスク１４４の自重による撓みを減らすことができ、より高い位置精度で成膜を行うことができる。ただし基板１４０の配置はこれに限られず、基板１４０の主面が水平面に平行に配置するよう、基板ホルダ１４２を構成してもよい。このような形態は第２実施形態で説明する。
【００１８】
成膜装置１００はさらに、成膜シャッター１５０を有することができる。成膜シャッター１５０は、材料の堆積のオン―オフを切り替えるためのものである。成膜シャッター１５０が解放されている間、材料の蒸気は基板１４０の方向へ飛翔することができる。これに対して成膜シャッター１５０が閉鎖されている場合、材料の蒸気は成膜シャッター１５０によりブロックされ、材料の堆積が進行しない。成膜シャッター１５０は、後述する閉管１０８の複数の開口部１３４を遮るように、一枚、あるいは複数の金属板によって構成することができる。
【００１９】
成膜装置１００はさらに、基板１４０上に形成される膜の厚さをモニターするための膜厚モニター１５２およびそれを保持するホルダ１５４を有することができる（図２参照）。後述するように膜厚モニター１５２は複数備えられていてもよく、この場合、複数の膜厚モニター１５２は水平面に対して垂直に配列させることができる。
【００２０】
チャンバー２００内には、蒸着源１０６と基板１４０を相対的に移動させるための機構を設けることができる。蒸着源１０６を固定しながら基板１４０を移動させてもよく、基板１４０を固定しながら蒸着源１０６を移動させてもよく、あるいは両者を同時に移動させてもよい。例えば図１や図２に示すように、蒸着源１０６や成膜シャッター１５０などが備えられた支持台１１２を支持し、かつ、支持台１１２を二次元に移動可能な搬送ロボット１１４をチャンバー２００内に設置し、蒸着源１０６を移動させてもよい。あるいは図３に示すように、レールの機能を持つガイド１１６を基板ホルダ１４２下に設置し、基板１４０を蒸着源１０６に対して一次元的に移動するように成膜装置１００を構成してもよい。
【００２１】
［２．蒸着源］
蒸着源１０６の断面模式図を図４に示す。蒸着源１０６は、坩堝１０２を内部に保持できる容器１０４を有している。任意の構成として蒸着源１０６はさらに、容器１０４を保持するための蒸着ホルダ１１８を有してもよい。
【００２２】
坩堝１０２は蒸着する材料を充填するものであり、容器１０４から、あるいは蒸着ホルダ１１８から取り外しが可能である。坩堝１０２は、例えばタングステンやタンタル、モリブデン、チタン、ニッケルなどの金属やその合金を含むことができる。あるいは、アルミナや窒化ホウ素、酸化ジリコニウムなどの無機絶縁物を含むことができる。任意の構成として、坩堝１０２の上部にメッシュ状の金属板を取り付け、材料の突沸を防止してもよい。
【００２３】
容器１０４は、抵抗加熱方式で坩堝１０２を加熱するように構成することができる。すなわち容器１０４にヒータ１２０を内蔵し、ヒータ１２０に通電することで容器１０４を加熱し、坩堝１０２内の材料を加熱、気化させることができる。容器１０４や蒸着ホルダ１１８も坩堝１０２と同様、上述した金属やその合金、あるいは無機絶縁物を含むことができる。
【００２４】
坩堝１０２内で材料が気化し、その蒸気は蒸着源１０６から（坩堝１０２から）閉管１０８の内部に導入される。閉管１０８と蒸着源１０６との接続様式は任意であり、例えば図４に示すように、閉管１０８と容器１０４が互いに雌ネジと雄ネジの関係を有し、容器１０４を閉管１０８にねじ込んで固定してもよい。あるいはこのような固定方式を採用せず、単に蒸着源１０６上に閉管１０８を据え付けてもよい。
【００２５】
気化される材料は種々の材料から選択することができ、有機化合物や無機化合物いずれでもよい。有機化合物としては、例えば発光性の材料や、キャリア輸送性の有機化合物を用いることができる。無機化合物としては、金属やその合金、あるいは金属酸化物などを用いることができる。一つの坩堝１０２に複数の材料を充填し、成膜を行ってもよい。これらの材料を適宜使用して複数の膜を三次元的に構築することで、有機トランジスタや発光素子、メモリ素子、レーザ素子などの種々の半導体素子を作製することができる。
【００２６】
［３．閉管］
閉管１０８の側面図を図５に示す。図５は、閉管１０８を基板ホルダ１４２側から観察した場合の模式図である。図５の鎖線Ａ―Ａ’に沿った断面模式図を図６に、鎖線Ｂ−Ｂ’に沿った断面模式図を７（Ａ）と（Ｂ）に示す。
【００２７】
図５、７（Ａ）、７（Ｂ）に示すように、閉管１０８は、一方に閉じた端部（閉鎖端）１３０を、他方に開いた端部（開放端）１３２を有する管であり、蒸着源１０６の容器１０４の上に、容器１０４を覆うように設けられる。その際、材料の蒸気が内部に導入されるよう、開放端１３２が容器１０４と接続される（図４参照）。閉管１０８は、その長手方向が水平面に対して垂直になるように配置することができる。閉管１０８は、複数の開口部１３４を有しており、図５に示すように、開口部１３４は基板ホルダ１４２に対向するように設けられる。すなわち、閉管１０８の基板ホルダ１４２に近い側面に開口部１３４が設けられる。図７（Ａ）に示すように、開口部１３４は、互いに均等な間隔で設置することができる。あるいは図７（Ｂ）に示すように、隣接する開口部１３４の間隔が段階的に、あるいは連続的に増大するように、開口部１３４を設置してもよい。例えば図７（Ｂ）では、開放端１３２側では隣接する開口部１３４の間隔は小さく、閉鎖端１３０側では隣接する開口部１３４の間隔が大きくなるよう、開口部１３４が設けられている。
【００２８】
閉管１０８は種々の材料を含むことができ、典型的にはチタンやタングステン、タンタル、モリブデン、ニッケルなどの金属、あるいはステンレスなどの合金などが材料として挙げられる。閉管１０８の長手方向の長さは、主面が水平面と垂直になるように基板１４０を配置した場合、基板１４０の高さと同程度であればよい。すなわち、閉管１０８の長手方向の長さは、上記高さの０．５倍から１．５倍、あるいは０．８倍から１．２倍とすることができる。
【００２９】
図６に示すように、閉管１０８の形状、すなわち閉管１０８の長手方向と垂直な断面の形状に制限はなく、円形のみならず、楕円形、正方形、長方形など、種々の形状をとることができる。断面が長方形の場合、開口部１３４は長辺、短辺、いずれに設けてもよい。断面が楕円の場合、開口部１３４は長辺、短辺いずれに平行でもよい。
【００３０】
蒸着源１０６において材料が加熱されて気化すると、その蒸気が坩堝１０２から閉管１０８内部へ導入される。その後蒸気は開口部１３４を通って閉管１０８から射出され、基板ホルダ１４２に保持される基板１４０へ向かって飛翔する。基板１４０と接した蒸気は冷却されて固化し、材料が堆積する。これにより、材料の膜が基板１４０上に形成される。上述したように、閉管１０８の長手方向の長さは、用いる基板１４０の高さと同程度にすることができ、また、複数の開口部１３４が基板１４０の方向に向かって均等な間隔で配置されることができる。このため、大型の基板１４０を用いても、均一な厚さの膜を形成することが可能である。
【００３１】
形成される膜の厚さは、膜厚モニター１５２によって制御することができる。膜厚モニター１５２としては、例えば水晶振動子を用いることができる。膜厚モニター１５２は、開口部１３４から射出される材料の蒸気が触れる位置に少なくとも一つ設置すればよいが、図５に示すように、複数の膜厚モニター１５２を水平面に対して垂直な方向に配列してもよい。これにより、基板１４０全体にわたって膜の厚さをモニター、制御することができる。なお、図８に示すように、一つ、あるいは複数の膜厚モニター１５２を閉管１０８の内部に取り付け、形成される膜の厚さを見積もってもよい。
【００３２】
［４．シート状ヒータ］
上述した蒸着プロセスでは、材料の加熱、気化は、高真空に維持されたチャンバー２００内で行われる。また、材料を加熱する熱は蒸着源１０６で与えられる。したがって、蒸着源１０６から閉管１０８への熱の伝達は、熱伝導が主な機構となる。このため、閉管１０８には熱伝導機構に起因する温度勾配が生じる可能性がある。たとえば開放端１３２に近い側では、材料が気化可能な高温を維持できるが、閉鎖端１３０に近い側では材料は気体状態を維持できずに固化し、その結果、開口部１３４を詰まらせる原因となる。一方、開口部１３４の詰まりを防止するために、閉鎖端１３０に近い側まで十分な温度を有するように蒸着源１０６を加熱した場合には、坩堝１０２内において材料の熱分解を引き起こすことがある。
【００３３】
このため本実施形態の成膜装置１００には、シート状ヒータ１１０を閉管１０８に巻き付けている。例えば図５に示すように、シート状ヒータ１１０を閉管１０８の外側に巻き付けるように設置してもよい。図５に示した例では、シート状ヒータ１１０は、らせん状に閉管１０８の外側を取り巻いている。このとき、シート状ヒータ１１０は、開口部１３４を避けるように、すなわち、隣接する複数の開口部１３４の間を通過するように配置される。これにより、閉管１０８の温度勾配を解消することができる。その結果、閉管１０８の全体が均一の温度を維持することができ、開口部１３４が詰まることなく、複数の開口部１３４から均一な速度で材料の蒸気を射出することができる。したがって、基板１４０の全面にわたり、均一な厚さを有する膜を形成することができる。
【００３４】
シート状ヒータ１１０は、通電することで発熱する電熱線１３６（図５の拡大図参照）をガラス繊維や、芳香族ポリアミドやポリイミドなどの難燃性高分子で包み込んだものであり、その柔軟性に起因し、自由な形状で様々な場所に設置することができる。シート状ヒータ１１０は、形状によってはリボン状となり、リボン状ヒータとも呼ばれる。本明細書、および請求項では、シート状ヒータ１１０は、リボン状ヒータを包括するものとして定義する。シート状ヒータ１１０ではなく、シート状ではないヒータ（例えばチューブ状ヒータ）を閉管１０８に巻き付けてもよい。
【００３５】
シート状ヒータ１１０は厚さが小さいので、開口部１３４から射出される材料の上記の飛翔を阻害せず、形成される膜の厚さの均一性に寄与する。また、容易に着脱可能であるため、材料が付着した場合でも容易に交換可能であり、成膜工程の休止期間を短くすることができる。また、シート状ヒータ１１０は加熱対象に対して面接触して加熱することができるため、効率よく閉管１０８を加熱することができる。
【００３６】
さらに、柔軟性に起因して様々な態様でシート状ヒータ１１０を設置することが可能である。材料の蒸気圧や融点、閉管１０８の長さや温度勾配を考慮すると、シート状ヒータ１１０を、開放端１３２の側、すなわち蒸着源１０６が位置する側と、開放端１３２とは反対の側（閉鎖端１３０の側）、すなわち蒸着源１０６とは反対の側において不均一に（あるいは不均一な密度で）配置して、閉管１０８に取り付けることが望ましい。換言すれば、蒸着源１０６から遠ざかるにつれて、シート状ヒータ１１０の配置状態を変化させることが望ましい。例えば図９（Ａ）、およびその鎖線Ｃ−Ｃ’に沿った断面図である図９（Ｂ）に示すように、シート状ヒータ１１０が同一箇所に重ねて配置される箇所、重ねて巻き付けられる箇所を備えてもよい。このとき、閉鎖端１３０側では巻き数（重ねられた数）を大きくし、即ちシート状ヒータ１１０を同一箇所に重ね開放端１３２に向かうにしたがって、連続的、あるいは段階的に、巻き数を減らしてもよい。換言すると、開放端１３２からの距離が増大するにつれて巻き数を増大してもよい。図９（Ａ）、（Ｂ）では、閉鎖端１３０に近い領域１６０では巻き数は３であり、開放端１３２に近い領域１６４では巻き数が１であり、これらの間の領域１６２では巻き数が２である例が示されている。
【００３７】
あるいは、シート状ヒータ１１０の幅を変えて閉管１０８の温度勾配を解消してもよい。この場合、例えば図１０（Ａ）に示すように、電熱線１３６の長さ、あるいは折り返し数の異なる領域を有するシート状ヒータ１１０を用いればよい。ここでは、シート状ヒータ１１０は三つの領域１７０、１７２、１７４を有している。領域１７０では電熱線１３６が最も長く、折り返し数が最も多い（図１０（Ａ）では７回の折り返し）。逆に領域１７４では、電熱線１３６が最も短く、折り返し数が最も少ない（図１０（Ａ）では０回の折り返し）。領域１７０と領域１７４の間の領域１７２では、電熱線１３６の長さと折り返し数は、ともに領域１７０と１７４の間となっている。また、シート状ヒータ１１０の幅は、領域１７０、１７２、１７４の順に小さくなる。
【００３８】
このようなシート状ヒータ１１０を用いることで、図１０（Ｂ）に示すように、開口部１３４の間を通過するシート状ヒータ１１０の幅を、容器１０４（蒸着源１０６）からの距離によって連続的に、あるいは段階的に変化させることができる。図１０（Ｂ）では、シート状ヒータ１１０の幅は、開放端１３２からの距離が増大するにつれて増大する。具体的には、シート状ヒータ１１０の幅は、開放端１３２に近い領域１６４で最も小さく、閉鎖端１３０に近い領域１６０で最も大きく、領域１６０と領域１６４の間の領域１６２では、両者の間となっている。このため、電熱線１３６の長さも同様に、開放端１３２に近い領域１６４で最も短く、閉鎖端１３０に近い領域１６０で最も長く、領域１６０と領域１６４の間の領域１６２では、両者の間となっている。
【００３９】
図１１に示すように、シート状ヒータ１１０の幅は変化させず、シート状ヒータ１１０に内蔵される電熱線１３６の長さや折り返し数を変化させて閉管１０８の温度勾配を解消してもよい。ここでは、シート状ヒータ１１０は領域１７８とそれを挟む二つの領域１７６と１８０を有している。内蔵される電熱線１３６の長さや折り返し数は、領域１８０、１７８、１７６の順で大きくなる。このようなシート状ヒータ１１０を用いることで、図１２に示すように、いずれの領域１６０、１６２、１６４においてもシート状ヒータ１１０の幅は同じであるが、それぞれの領域に巻き付けられる電熱線１３６の長さを変化させることができる。具体的には、電熱線１３６の長さは、開放端１３２に近い領域１６４で最も短く、閉鎖端１３０に近い領域１６０で最も長く、領域１６０と領域１６４の間の領域１６２では、両者の間となっている。なお、図１２に示すように、各領域において電熱線１３６の間隔は均一でなくてもよい。
【００４０】
シート状ヒータ１１０は、必ずしもらせん状に閉管１０８を取り巻く必要はなく、例えば開口部１３４の間の領域がすべて露出されるように、閉管１０８の一部を取り巻いてもよい。例えば図１３（Ａ）に示すようなシート状ヒータ１１０を用い、閉管１０８を覆ってもよい（図１３（Ｂ）、（Ｃ））。この場合、閉管１０８の表面上に存在し、開放端１３２と閉鎖端１３０を結ぶ無数の直線のうちの一部、例えば閉管１０８の表面上の直線１９０は、シート状ヒータ１１０に覆われず、露出される。また、図１３（Ｂ）の破線Ｄ−Ｄ’に沿った断面では、シート状ヒータ１１０は閉管１０８の周辺で円弧を描き、円弧の開いた部分に開口部１３４が位置する。
【００４１】
この場合も同様に、シート状ヒータ１１０に、電熱線１３６の折り返し数や長さが異なる複数の領域を付与することができる。例えば図１４に示すように、電熱線１３６の長さとの折り返し数が最大の領域１８２、これらが最小の領域１８６、およびこれらの領域に挟まれ、電熱線１３６の長さとの折り返し数が領域１８２と１８６のそれらの中間である領域１８４を有することができる。
【００４２】
閉管１０８には、シート状ヒータ１１０と共に、シート状ヒータ１１０以外のヒータを別途設けてもよい。別途設けるヒータは、閉管１０８に固定されていてもよい。例えば図１５に示すように、閉管１０８を加熱するためのチューブ状ヒータ１２２を設けることができる。チューブ状ヒータ１２２は、坩堝１０２を加熱するヒータ１２０と独立して操作することができる。チューブ状ヒータ１２２による加熱に起因して生じる閉管１０８の温度分布を解消するために、シート状ヒータ１１０を閉管１０８に巻き付けてもよい。
【００４３】
このように、様々な形態でシート状ヒータ１１０を設置することができ、これにより、閉鎖端１３０に近い領域１６０の温度を上げ、開口部１３４でのつまりを防ぐとともに温度勾配を解消し、その結果、各開口部１３４から均一な速度で材料の射出を達成することができる。このため、均一な厚さの膜を基板１４０上に形成することができる。なお、シート状ヒータ１１０の替わりに、図１から図１５にて説明したシート状ヒータ１１０と同様の構造、同様の配置で、シート状ではないヒータ（例えばチューブ状ヒータ）を閉管１０８に取り付けてもよい。
【００４４】
閉管１０８の温度分布の解消を鑑みると、上述の図９から図１４で説明したシート状ヒータ１１０の不均一な配置状態を、蒸着源１０６の側（容器１０４の側）と蒸着源１０６とは反対の側とで反対にしてもよい。具体的には、蒸着源１０６の側に位置するシート状ヒータ１１０の巻き数を大きくし、蒸着源１０６とは反対の側位置するシート状ヒータ１１０の巻き数を小さくしてもよい。また、蒸着源１０６の側に位置するシート状ヒータ１１０の幅を大きくし、蒸着源１０６とは反対の側位置するシート状ヒータ１１０の幅を小さくしてもよい。閉管１０８の長手方向を垂直方向に配置した時、例えば熱伝導の影響により、閉管１０８の上側が下側よりも熱くなる場合があるからである。
【００４５】
［５．成膜方法］
成膜装置１００を用いて蒸着する場合、坩堝１０２に蒸着する材料を充填し、坩堝１０２を容器１０４内に設置する。容器１０４と閉管１０８を接続後、シート状ヒータ１１０を閉管１０８に巻き付ける。その後容器１０４内のヒータ１２０に通電して坩堝１０２加熱を開始し、同時にシート状ヒータ１１０に通電して閉管１０８を加熱する。閉管１０８の温度が坩堝１０２の温度と同じ、あるいは坩堝１０２の温度よりも高くなるように、シート状ヒータ１１０の通電を制御してもよい。これにより、閉管１０８の温度勾配が解消され、かつ、開口部１３４の詰まりを効果的に防止することができる。
【００４６】
基板１４０は、その主面が水平面に対して垂直になるよう、基板ホルダ１４２に設置する。必要に応じ、メタルマスク１４４を基板ホルダ１４２と閉管１０８の間に設置する。蒸着のスピードを膜厚モニター１５２で見積もり、所定の蒸着スピードが得られた段階で成膜シャッター１５０を開き、蒸着を開始する。その際、材料の蒸気が基板１４０の全面に付着するよう、搬送ロボット１１４やガイド１１６を利用して、蒸着源１０６と閉管１０８、あるいは基板ホルダ１４２のいずれか、あるいは両者を移動させる。所定の厚さを有する膜が形成された後に成膜シャッター１５０を閉じ、材料の堆積を止める。これにより、材料の膜が基板１４０上に形成することができる。材料を変えて上記プロセスを繰り返すことで、複数の異なる膜を積層することも可能である。また、一つの膜を形成する際、複数の蒸着源１０６とその上に設けられる閉管１０８を用いることで、複数の材料を含む膜を形成する（共蒸着）ことができる。
【００４７】
本実施形態で述べた成膜装置１００を用いて成膜を行うことで、材料が開口部１３４に詰まることを防止することができるため、効率よく成膜を行うことができる。また、基板１４０を、その主面が水平面に対して垂直になるように設置して成膜を行うため、成膜装置１００の占有面積を低減することができるのみならず、メタルマスク１４４の撓みを防止することが可能になり、その結果、精密な成膜が可能となる。さらに、基板１４０の高さとほぼ同等の長さを有する閉管１０８を用いて材料の蒸気を基板１４０に対して射出する。この際、蒸着源１０６と基板１４０を相対的に移動し、かつ閉管１０８の温度勾配を解消するように、着脱可能なシート状ヒータ１１０を設置するため、大型の基板１４０を用いても均一な厚さを有する膜を形成することができ、ばらつきの小さな半導体素子やそれを含む半導体装置を形成することができる。
【００４８】
（第２実施形態）
本実施形態では、基板１４０の主面が水平面に対して平行になるように基板１４０を保持して膜を形成するための成膜装置２５０に関し、図１６、１７を用いて説明する。第１実施形態と同一の構成に関しては説明を割愛することがある。
【００４９】
図１６は成膜装置２５０の側面図である。成膜装置２５０は、基板１４０を保持するための基板ホルダ１４２、基板ホルダ１４２の下に位置する蒸着源１０６、ならびに蒸着源１０６の上に設けられるヘッド２５２を有する。ヘッド２５２は底部に開口部２５４を有し、蒸着源１０６と接続される。蒸着源１０６は第１実施形態の蒸着源１０６と同様の構成を有することができる。このため、材料の蒸気が開口部２５４からヘッド２５２の内部に導入される。
【００５０】
ヘッド２５２の上部には複数の開口部１３４が設けられる。これらは第１実施形態の閉管１０８の開口部１３４に相当し、開口部１３４を通して材料の蒸気が基板１４０の方向へ射出される。成膜シャッター１５０はヘッド２５２と基板ホルダ１４２の間に設けられる。図１７に示すように、ヘッド２５２の長手方向は水平面に対して平行に配置され、その長さは用いる基板１４０の長辺、あるいは短辺とほぼ同程度とすることができる。例えば長手方向の長さは、基板１４０の長辺、あるいは短辺の０．５倍から１．５倍、あるいは０．８倍から１．２倍とすることができる。
【００５１】
成膜装置１００と同様、成膜装置２５０は、成膜時にヘッド２５２と基板１４０を互いに相対的に移動するための機構を備えることができる。例えばヘッド２５２は、搬送ロボット１１４を用いてチャンバー２００内を二次元的に移動するように構成することができる。一方、基板ホルダ１４２は、チャンバー２００内に設けられるガイド１１６に沿って一次元的に移動するように構成することができる。
【００５２】
なお図示しないが、第１実施形態のチューブ状ヒータ１２２などのヒータを別途ヘッド２５２に設けてもよい。
【００５３】
成膜装置２５０は、ヘッド２５２に巻き付けられるシート状ヒータ１１０を有することができる（図１６、１７）。シート状ヒータ１１０は、着脱可能であり、ヘッド２５２の温度分布を低減し、温度勾配を解消する機能を有し、成膜装置１００の閉管１０８に備えられるシート状ヒータ１１０に相当するものである。シート状ヒータ１１０を用いてヘッド２５２を加熱することにより、材料が開口部１３４に詰まることを防止することができるため、効率よく成膜を行うことができる。さらに、蒸着源１０６と基板１４０を相対的に移動し、かつヘッド２５２の温度勾配を解消するように、着脱可能なシート状ヒータ１１０を設置するため、大型の基板１４０を用いても均一な厚さを有する膜を形成することができ、ばらつきの小さな半導体素子やそれを含む半導体装置を形成することができる。
【００５４】
第１実施形態と同様に、シート状ヒータ１１０を、蒸着源１０６が位置する側と蒸着源１０６とは反対の側とで不均一に配置して、ヘッド２５２に取り付けることが望ましい。換言すれば、蒸着源１０６から遠ざかるにつれて、シート状ヒータ１１０の配置状態を変化させることが望ましい。具体的には、シート状ヒータ１１０の巻き数や幅を、第１実施形態で説明したのと同様に不均一にして、シート状ヒータ１１０をヘッド２５２に取り付けることが好適である。
【００５５】
（第３実施形態）
本実施形態では、第１実施形態で述べた成膜装置１００、成膜方法を適用し、半導体素子の一つである発光素子が搭載された表示装置を作製する方法に関し、図１８乃至図２３を用いて説明する。第１、２実施形態と同一の構成に関しては説明を割愛することがある。
【００５６】
表示装置は、第１実施形態で述べた成膜装置１００を用いて有機化合物を含む複数の薄膜を基板１４０上に積層することで作製することができる。図１８に示すように、基板１４０は、ガラスや石英を含む支持基板２１０と、その上に形成される複数の画素２１２を有している。支持基板２１０は、ガラス基板とガラス基板の上に形成された樹脂膜(樹脂基板)とによって構成してもよい。この場合、後の工程で、ガラス基板は基板１４０から、あるいは表示装置から、剥離される。図１８では隣接する二つの画素２１２が示されている。各画素２１２にはトランジスタなどのスイッチング素子が少なくとも一つ設けられる。図１８にはトランジスタの一例として、トップゲート型のトランジスタ２１４が各画素２１２に形成された例が示されているが、トランジスタ２１４の構造はこれに限られず、ボトムゲート型トランジスタを用いてもよい。図１８においては、支持基板２１０の上には、例えば窒化ケイ素（ＳｉＮ）を含む無機膜である下地膜２１１が配置されている。トランジスタ２１４は、下地膜２１１の上に形成されている。
【００５７】
トランジスタ２１４上には、トランジスタ２１４などに起因する凹凸を吸収し、平坦な上面を与えるための平坦化膜２１６が設けられる。平坦化膜２１６に設けられる開口部を介し、画素電極２１８がトランジスタ２１４と電気的に接続される。画素電極２１８は、発光素子の一方の電極として機能する。画素電極２１８の端部には絶縁物を含む隔壁２２０が設けられる。隔壁２２０は画素電極２１８の端部を覆うとともに、隣接する画素２１２同士を区分する。
【００５８】
基板１４０を第１実施形態で述べた成膜装置１００の基板ホルダ１４２に設置する（図１、１９参照）。この際、画素電極２１８が設けられる面が基板１４０の主面であり、これが閉管１０８に向かい合うように、基板１４０を鉛直に設置する（図１９）。
【００５９】
最初に、画素電極２１８に接する層として、第１のキャリア注入／輸送層２３０を形成する。第１のキャリア注入／輸送層２３０は複数の画素２１２にわたって形成することができるため、メタルマスク１４４は、画素２１２が設けられない領域を遮蔽するように、基板１４０と閉管１０８の間に設けられる。したがって、図１９ではメタルマスク１４４は図示されていない。図１９では第１のキャリア注入／輸送層２３０は単一の層として描かれているが、第１のキャリア注入／輸送層２３０は複数の層を含んでもよい。画素電極２１８を陽極として用いる場合、第１のキャリア注入／輸送層２３０にはホールが注入しやすく、かつ、ホール移動度の高い材料を用いる。例えば芳香族アミンが代表的な材料である。これらの材料と電子受容性化合物を共蒸着して第１のキャリア注入／輸送層２３０を形成してもよい。
【００６０】
坩堝１０２に第１のキャリア注入／輸送層２３０を形成する材料を充填し、坩堝１０２を容器１０４へ設置する。蒸着源１０６上に閉管１０８が設置される。チャンバー２００内を高真空に維持した状態でヒータ１２０を動作させ加熱を行う。同時に、閉管１０８に温度勾配が生じないように、また、開口部１３４のつまりを防止するため、シート状ヒータ１１０に通電し、閉管１０８の加熱を行う。
【００６１】
材料が気化すると、その蒸気が閉管１０８に導入され、その後開口部１３４から射出される。射出された蒸気は基板１４０方向へ飛翔し、画素電極２１８に接して固化し、第１のキャリア注入／輸送層２３０が形成される（図１９参照）。第１のキャリア注入／輸送層２３０は隔壁２２０上にも形成してもよい。以上の工程により、第１のキャリア注入／輸送層２３０が蒸着される。
【００６２】
引き続き、発光層を形成する。基板１４０上のすべての画素２１２が同一の発光層を共有する場合には、第１のキャリア注入／輸送層２３０を形成するときに用いるメタルマスク１４４を用い、発光層を第１のキャリア注入／輸送層２３０上に形成すればよい。この場合、発光層は第１のキャリア注入／輸送層２３０を介して隔壁２２０上にも形成される。
【００６３】
一方、隣接する画素２１２間で異なる発光色を得る場合には、塗り分け用のメタルマスク１４４を用い、各発光層を個別に形成する。具体的には図２０に示すように、第１の発光層２３２を形成する領域に開口部２２２を有するメタルマスク１４４を基板１４０と閉管１０８の間に設置する。坩堝１０２に第１の発光層２３２を形成するための材料を充填し、第１のキャリア注入／輸送層２３０の蒸着と同様に、第１の発光層２３２を成膜する（図２１参照）。これにより、所望の画素２１２（開口部２２２の下側に位置する画素２１２）に第１の発光層２３２が選択的に形成される。
【００６４】
第１の発光層２３２の形成後、第２の発光層２３４を形成する。具体的には、第２の発光層２３４を形成する領域に開口部２２４を有するメタルマスク１４４を基板１４０と閉管１０８の間に設置し、第１の発光層２３２の蒸着と同様の方法により、第２の発光層２３４を形成する材料を蒸着する（図２２参照）。以上の工程により、隣接する画素２１２間で異なる第１の発光層２３２と第２の発光層２３４が形成される（図２３参照）。同様の工程を繰り返し、例えば三原色（赤、青、緑）を与える三種類の発光層を順に形成することで、フルカラー表示可能な表示装置を作製することができる。
【００６５】
その後、第１のキャリア注入／輸送層２３０の蒸着と同様に、第２のキャリア注入／輸送層２３６を形成する（図２４）。画素電極２１８を陽極として用いる場合、第２のキャリア注入／輸送層２３６は電子が注入しやすく、かつ、電子移動度の高い材料を用いる。例えば典型金属を含む錯体や含窒素ヘテロ芳香族化合物が代表例である。これらの材料と電子供与性化合物を共蒸着して第２のキャリア注入／輸送層２３６を形成してもよい。
【００６６】
引き続き、第１のキャリア注入／輸送層２３０の蒸着と同様に、対向電極２３８を形成する（図２４）。画素電極２１８を陽極として用いる場合、対向電極２３８は陰極として機能する。この場合、例えばアルミニウムやマグネシウム、銀、あるいはこれらの合金を材料として用いることができる。なお、対向電極２３８には、インジウム―スズ酸化物（ＩＴＯ）やインジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの可視光に対して透過性を有する導電性酸化物を用いることができる。この場合には、本実施形態の成膜装置１００に替えて、例えばスパッタリング装置などを用いて画素電極２１８を形成してもよい。
【００６７】
各層（第１のキャリア注入／輸送層２３０、第１の発光層２３２、第２の発光層２３４、第２のキャリア注入／輸送層２３６、対向電極２３８）の形成は、すべて同一のチャンバー２００内で行ってもよく、各層を異なるチャンバー内で、異なる成膜装置１００を用いて形成してもよい。さらに、各材料を蒸着する際、それぞれの成膜装置１００の閉管１０８には、それぞれ最適な態様でシート状ヒータ１１０を設置することができる。
【００６８】
以上の工程により、発光素子を各画素２１２に有する表示装置を作製することができる。本実施形態で述べた表示装置の作製方法では、主面が水平面に対して垂直になるように基板１４０を設置して成膜を行う。このため、成膜装置１００の占有面積を抑制することができ、小型の成膜装置１００を用いて大型の基板１４０から表示装置を作製することができる。
【００６９】
さらに、第１実施形態で述べたように、成膜装置１００は大型の基板１４０上に、均一な厚さを有する薄膜を形成することができる。したがって、表示装置に含まれる発光素子の特性のばらつきを小さくすることができ、その結果、高品質な画像を提供可能な表示装置を作製することが可能である。
【００７０】
本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態の構成に対し、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略、もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
【００７１】
本明細書においては、開示例として主に発光素子を有する表示装置の場合を例示したが、他の適用例として、その他の自発光型表示装置、液晶表示装置、あるいは電気泳動素子などを有する電子ペーパ型表示装置など、あらゆるフラットパネル型の表示装置が挙げられる。また、中小型から大型まで、特に限定することなく適用が可能である。
【００７２】
上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
【符号の説明】
【００７３】
１００：成膜装置、１０２：坩堝、１０４：容器、１０６：蒸着源、１０８：閉管、１１０：シート状ヒータ、１１２：支持台、１１４：搬送ロボット、１１６：ガイド、１１８：蒸着ホルダ、１２０：ヒータ、１２２：チューブ状ヒータ、１３０：閉鎖端、１３２：開放端、１３４：開口部、１３６：電熱線、１４０：基板、１４２：基板ホルダ、１４４：メタルマスク、１４６：マグネット、１５０：成膜シャッター、１５２：膜厚モニター、１５４：ホルダ、１６０：領域、１６２：領域、１６４：領域、１７０：領域、１７２：領域、１７４：領域、１７６：領域、１７８：領域、１８０：領域、１８２：領域、１８４：領域、１８６：領域、１９０：直線、２００：チャンバー、２０２：シャッター、２０４：シャッター、２１０：支持基板、２１１：下地膜、２１２：画素、２１４：トランジスタ、２１６：平坦化膜、２１８：画素電極、２２０：隔壁、２２２：開口部、２２４：開口部、２３０：第１のキャリア注入／輸送層、２３２：第１の発光層、２３４：第２の発光層、２３６：第２のキャリア注入／輸送層、２３８：対向電極、２５０：成膜装置、２５２：ヘッド、２５４：開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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