(57)【要約】【課題】有機ＥＬ素子などにおけるパターニングの修正のために、基板上の所望の位置に、所望の材料を高精度に局所成膜すること。【解決手段】エレクトロスプレーデポジション（ＥＳＤ）装置は、所望材料の溶液を収納するノズル１１と、ノズルに電圧を印加するスプレー用電源３２と、ノズルから噴霧された液滴の噴霧範囲を収束する収束ガードリング１５と、収束ガードリング１５に電圧または電流を印加するガードリング用電源３６と、基板２０上の成膜すべき位置の基板裏面側に配置した局所電極２１と、局所電極２１に、ノズルに印加する電圧と逆極性の電圧を印加する局所電極用電源４１とを備える。収束ガードリング１５として、静電レンズ５０、または静電レンズ５０と磁界レンズ５１の組合せを用いる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望材料の溶液に電圧を印加し帯電した液滴として噴霧し、基板上に成膜するエレクトロスプレーデポジション装置において、
前記溶液を収納するノズルと、
該ノズルに電圧を印加するスプレー用電源と、
前記ノズルから噴霧された液滴の噴霧範囲を収束する収束ガードリングと、
該収束ガードリングに電圧または電流を印加するガードリング用電源と、
前記基板上の成膜すべき位置の基板裏面側に配置した局所電極と、
該局所電極に、前記ノズルに印加する電圧と逆極性の電圧を印加する局所電極用電源と、
を備えたことを特徴とするエレクトロスプレーデポジション装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエレクトロスプレーデポジション装置において、
前記収束ガードリングとしてリング状の電極からなる静電レンズを設け、前記ガードリング用電源から該静電レンズに、前記ノズルに印加する電圧と同極性の電圧を印加することを特徴とするエレクトロスプレーデポジション装置。
【請求項３】
請求項２に記載のエレクトロスプレーデポジション装置において、
前記静電レンズを複数個設け、それらのリング径を噴霧方向に沿って徐々に小さくしたことを特徴とするエレクトロスプレーデポジション装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載のエレクトロスプレーデポジション装置において、
前記収束ガードリングとして、前記静電レンズの後段にリング状のコイルからなる磁界レンズを設け、前記ガードリング用電源から該磁界レンズに所定の電流を印加することを特徴とするエレクトロスプレーデポジション装置。
【請求項５】
所望材料の溶液を噴霧し基板上に成膜する局所成膜方法において、
ノズルに収納された前記所望材料の溶液に電圧を印加して帯電させた液滴を噴霧し、
静電レンズを含む収束ガードリングにより前記噴霧された液滴の噴霧範囲を収束し、
前記基板の裏面側に配置した局所電極により基板上の所望位置に成膜することを特徴とする局所成膜方法。
【請求項６】
請求項５に記載の局所成膜方法を用いて、基板上のパターニングの欠陥を修正することを特徴とするパターニング修正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に有機ＥＬデバイス等の材料の薄膜を局所的に形成するエレクトロスプレーデポジション装置及び局所成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の半導体発光素子の主流はシリコンであるが、次世代の半導体素子として有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）が脚光を浴びており、ディスプレイや照明などへの実用化が検討されている。また、有機ＥＬディスプレイの製造方法は低分子有機ＥＬ材料の真空蒸着が主流であるが、将来的には、低価格化のために大気中（非真空中）で高分子有機ＥＬ材料を塗布（印刷）プロセスで製造することが要求されている。
【０００３】
有機材料の非真空中での大面積成膜には、従来スピンコータやスリットコータが用いられていたが、積層時に下地を溶かしてしまうためミキシングが起きてしまう問題があった。このため、溶剤による影響の少ない非真空中の大面積成膜方法が待ち望まれていた。
【０００４】
ＥＳＤ（エレクトロスプレーデポジション）法はこれに応える方法である。ＥＳＤ法は非真空中の成膜方法の１つとして１８８０年頃の古くから研究されており、農薬噴霧、液体静電塗装、薄膜形成などの分野で応用されている。最近では、ナノファイバに応用された技術が特許文献１に開示されている。特許文献１では、１つのノズルに対して原料液（供給液）の極性を定期的に変えることで、堆積される原料液が交互の極性を持ち互いに静電反発することなく安全かつ簡便に堆積させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１３５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
有機ＥＬ素子などの電子デバイスでは、一旦成膜した後に電極配線や有機薄膜パターニングの修正を行なうことがある。例えばＴＦＴ工程の修正では、短絡修正にはレーザカット、断線修正にはレーザＣＶＤが用いられるが、画素電極（ＩＴＯ）やＧ線・Ｄ線の修正に適用することは困難であった。
【０００７】
有機ＥＬパネルの修正では、ディスペンサ装置を用いた溶液塗布による修正が行われる。しかし、溶剤を含んだ修正液が下層ＥＬ膜に塗布されるので、界面で溶解によるミキシングが起きやすい。また、塗布後の乾燥工程では、塗布膜の膜厚精度や平坦度が悪化することがあった。
【０００８】
上記特許文献１に記載の技術は、ＥＳＤ法によって高品質のナノファイバを製造するためのものであって、パターニングの修正にはそのまま適用できない。また、導電性パターンを電極としてその上に塗液を付着させて有機発光層などの所望のパターンを形成するという提案もなされているが、パターニングの欠陥の修正には適用できるものではない。
【０００９】
本発明の目的は、有機ＥＬ素子などにおけるパターニングの修正のために、基板上の所望の位置に、所望の材料を高精度に局所成膜することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明によるエレクトロスプレーデポジション装置は、所望材料の溶液を収納するノズルと、ノズルに電圧を印加するスプレー用電源と、ノズルから噴霧された液滴の噴霧範囲を収束する収束ガードリングと、収束ガードリングに電圧または電流を印加するガードリング用電源と、基板上の成膜すべき位置の基板裏面側に配置した局所電極と、局所電極に、ノズルに印加する電圧と逆極性の電圧を印加する局所電極用電源とを備えて構成する。ここに収束ガードリングとして、静電レンズ、または静電レンズと磁界レンズの組合せを設ける。
【００１１】
また本発明による局所成膜方法は、ノズルに収納された所望材料の溶液に電圧を印加して帯電させた液滴を噴霧し、静電レンズを含む収束ガードリングにより噴霧された液滴の噴霧範囲を収束し、基板の裏面側に配置した局所電極により基板上の所望位置に成膜する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、有機ＥＬ素子などの基板上の所望の位置に、所望の材料を局所成膜することでパターニングの修正を高精度に容易に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明によるエレクトロスプレーデポジション装置の一実施例を示す構成図。
【図２】図１における収束ガードリング１５と局所電極２１の一構成例を示す図。
【図３】図１における収束ガードリング１５と局所電極２１の他の構成例を示す図。
【図４】本実施例のＥＳＤ装置による局所成膜の動作フローを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明によるエレクトロスプレーデポジション装置（ＥＳＤ装置）の一実施例を示す構成図である。ＥＳＤ装置全体は、装置本体であるＥＳＤ装置部１と、基板（あるいはフィルム）２０を搭載するステージ（あるいは搬送部）２と、マスク１８を駆動するマスク駆動部３と、これらを支持する台座４で構成される。ステージ２と台座４は誘電体材料で構成する。ＥＳＤ装置部１は台座４の上を移動しながら、ステージ２に固定した基板２０の所望の位置に対して有機ＥＬデバイス用材料等を局所成膜する。あるいは逆に、ＥＳＤ装置部１を固定してステージ２を移動させても良いし、ＥＳＤ装置部１とステージ２の両者を移動させる構造としても良い。
【００１５】
ＥＳＤ装置１は、（１）噴霧部、（２）ＥＳＤ制御部、（３）基板制御部、（４）計測部、（５）演算記録部から構成される。各部の構成を説明する。
（１）噴霧部は、噴霧する有機ＥＬデバイス用材料等の溶液１３を収納するガラスキャピラリ等のノズル１１と、ノズル１１内に挿入した電極１２を有する。ここで噴霧する溶液としては、アルミニウム錯体などの有機発光層材料や電荷輸送材料の溶液だけでなく、金属や無機粒子の分散液も可能であり、微細電極の形成や修正を行なうこともできる。
【００１６】
（２）ＥＳＤ制御部は、溶液１３の噴霧量や噴霧範囲等を制御するために次の機能ブロックを有する。溶液供給部３１は、ノズル１１に供給する溶液量を圧力や流量等で制御する。スプレー用電源３２は、電極１２に高電圧を印加し、ノズル１１から帯電した液滴１４を噴霧させる。収束ガードリング１５とコリメータ電極１７と局所電極２１は、噴霧する液滴１４の噴霧範囲を収束し、基板２０上の所望の範囲に局所成膜させるものである。後述するように、収束ガードリング１５には静電レンズや磁界レンズを用いて噴霧範囲を効率的に絞り、さらに基板の裏面側に配置した例えば針形状の局所電極２１により基板２０上の所望の位置にピンポイント状に成膜するようにした。ガードリング用電源３６は、収束ガードリング１５に電圧、電流を供給するとともに、発生する電界、磁界を制御することで噴霧範囲を制御する。コリメータ用電源３８と局所電極用電源４１は、それぞれコリメータ電極１７と局所電極２１に所定の電圧を印加する。シャッター制御部３７は、ノズル１１からの余分な噴霧や液ダレを防止して基板２０を保護するシャッター１６を駆動する。マスク位置制御部３９は、マスク駆動部３を制御してマスク１８の位置を制御する。
【００１７】
（３）基板制御部は、ステージ２を移動させて基板（フィルム）２０の位置を制御する基板位置制御部４０と、基板上のアライメントマーク１９を撮影し画像処理することで基板位置を補正する基板位置補正部３３を有する。
（４）計測部は、光学センサ等によりノズル１１内の液量を計測する液量計測部３４と、レーザ等によりノズル１１から噴霧される噴霧量を計測し液ダレを監視するスプレー量計測部３５を有する。計測部は、必要に応じて省略することができる。
（５）演算記録部は、コントローラ４２、ＣＰＵ４３、メモリ４４、記録部４５を有し、ＥＳＤ装置全体の成膜動作を制御すると共に、動作異常等を監視し記録する。演算記録部には、シーケンサやＰＣ（パーソナルコンピュータ）等が用いられる。
【００１８】
本実施例のＥＳＤ装置は、ノズル１１から噴霧される液滴の噴霧範囲を収束するために静電レンズや磁界レンズを用いた収束ガードリング１５を設けることで、基板２０上の成膜範囲を所望の範囲に絞るようにした。さらに、基板２０の裏側に収束用の局所電極２１を設けることで、基板上の所望位置にピンポイント状に局所的に成膜できるようにした。このような局所成膜は、大気中でも真空中でも動作可能であり、有機ＥＬ素子や配線パターンの修正等を容易に行なうことができる。
【００１９】
本実施例の装置は、基板２０を水平に載置し、上方に配置したノズル１１から垂直下方に向かって噴霧する構成とした。これに限らず、基板２０を垂直に載置し、横方向に配置したノズル１１から水平方向に向かって噴霧する構成とすることもできる。
【００２０】
図２は、図１における収束ガードリング１５と局所電極２１の一構成例を示す図である。この例では、収束ガードリング１５としてリング状の電極からなる複数の静電レンズ５０ａ〜５０ｆを用いている。静電レンズは一般の電子顕微鏡等で用いられ、発生する静電界により帯電粒子（ここでは帯電した液滴）を収束させる機能を有するものである。
【００２１】
ノズル１１にはスプレー用電源３２から正の高電圧Ｅ１を印加して、帯電した液滴１４を噴霧させる。各静電レンズ５０ａ〜５０ｆには、ガードリング電源３６から、ノズル１１に印加する電圧Ｅ１と同極性（正）の電圧Ｅ２を印加する。静電レンズ５０ａ〜５０ｆはリング状の導体で、これに帯電液滴と同極性の電位を与えることで、液滴１４は収束される。図のように、リングの径を徐々に小さくする多段構成としながら電界を変化させ、より効果的に液滴１４の範囲を絞ることができる。この例では、ガードリング電源３６の出力電圧Ｅ２を分圧抵抗Ｒ１〜Ｒ６で分圧し、各静電レンズ５０ａ〜５０ｆに印加する電圧を徐々に変化させるようにしている。
【００２２】
さらに局所電極２１には、局所電極用電源４１から、ノズル１１に印加する電圧Ｅ１と逆極性（負）の電圧Ｅ３を印加する。基板２０は通常接地されているので、導体パターンは他の領域よりも液滴が付着しやすくなるが、基板上の任意の箇所を電位的に優先して付着させることはできなかった。そこで基板２０の裏側に針形状の局所電極２１を設けて、局所電極２１に対向する基板上の領域を強制的に負電位とし、液滴をそこに集中させるようにした。これにより、基板上の任意の位置においてピンポイント状に局所的に成膜できるようになるとともに、成膜箇所を集中させることにより成膜効率（成膜レート）も向上する。さらに、局所電極２１の先端を薄板状として薄板の長さに相当する線状に成膜することや、薄板の先端を折り曲げることで簡単なパターン状に成膜することも可能である。
【００２３】
図３は、図１における収束ガードリング１５と局所電極２１の他の構成例を示す図である。図２と同じ要素には同じ符号を付し、その説明は省略する。この例では、収束ガードリング１５として、複数の静電レンズ５０ａ〜５０ｅの後段に、リング状のコイルからなる磁界レンズ５１を用いている。磁界レンズも一般の電子顕微鏡等で用いられ、発生する磁界により荷電粒子にローレンツ力を与え、螺旋運動させて収束させる機能を有するものである。特に磁界レンズの場合には、静電レンズと比較して帯電粒子がレンズを通過後にある焦点距離を持って収束させることができる。また、帯電液滴の回転運動の結果、軸対称性（成膜領域の真円度）を改善する効果もある。
【００２４】
収束ガードリング１５のうち静電レンズ５０ａ〜５０ｅには、ガードリング電源３６ａから、ノズル１１に印加する電圧Ｅ１と同極性（正）の電圧Ｅ２を印加する。静電レンズ５０ａ〜５０ｅの形状や電圧の印加方法は図２の場合と同様である。また、収束ガードリング１５のうち磁界レンズ５１には、ガードリング電源３６ｂから、電流Ｉ２を制御しながら印加する。磁界レンズ５１はコイルとポールピース（図では省略）で構成され、発生する磁力線分布に従ってレンズから離れた位置を焦点として液滴１４を収束させることができる。すなわち、静電レンズ５０ａ〜５０ｅの最終段に磁界レンズ５１を組み込むことで、よりシャープに液滴１４を絞り込むことができる。
【００２５】
この例でも、基板２０の裏側に局所電極２１を設けて、局所電極２１に対向する基板上の領域を強制的に負電位とし、液滴をそこに集中させるようにした。これにより、基板上の任意の位置においてピンポイント状に局所的に成膜できるようになる。
【００２６】
図４は、本実施例のＥＳＤ装置による局所成膜の動作フローを示す図である。以下、ステップ順に説明する。
基板（またはフィルム）２０をステージ２に取り付け固定する（Ｓ１０１）。シャッター１６が閉じているかどうかを確認し、開いていればシャッター制御部３７により閉じる（Ｓ１０２）。有機ＥＬデバイス用材料の液量を液量計測部３４により確認し、不足していれば溶液供給部３１により補給する（Ｓ１０３）。
【００２７】
基板位置補正部３３の撮像手段にて基板上のアライメントマーク１９の画像を取得し、画像処理部にて基準パターンのエッジを検出することで、基板のＸＹ位置ずれと傾斜角の補正量を演算する（Ｓ１０４）。基板位置制御部４０にてステージ２を移動させ、基板を所望の位置に修正する。また、マスク１８についてもマスク位置制御部３９にて所定位置に修正する（Ｓ１０５）。このようにして、基板上の局所成膜すべき位置（パターニングの欠陥箇所など）に設定する。
【００２８】
収束ガードリング１５の位置とガードリング用電源３６の印加電圧（または印加電流）を調整して、噴霧領域を収束させる（Ｓ１０６）。局所電極２１の位置と局所電極用電源４１の印加電圧を調整する（Ｓ１０７）。また、コリメータ電極１７にコリメータ用電源３８から所定の電圧を印加する。
【００２９】
次に、シャッター１６を開き（Ｓ１０８）、有機ＥＬデバイス用材料のスプレー（静電噴霧）を開始する（Ｓ１０９）。そのため、スプレー用電源３２からノズル１１に所定の電圧を印加し、スプレー中は噴霧量をスプレー量計測部３５にて計測して、必要に応じてノズル１１の印加電圧を調整する。スプレー量（スプレー時間）が所定量に達したら、シャッター１６を閉じる（Ｓ１１０）。また、ノズル１１等の各部への電圧（電流）供給を停止する。これにより、ピンポイント状の局所成膜の単位動作を終了する。
【００３０】
その後、スプレーを継続するかどうかを判定する（Ｓ１１１）。継続しない場合はこれで終了する。継続する場合は、次にスプレーする基板位置を判定する（Ｓ１１２）。基板上の同位置でスプレーを繰り返す場合（Ｓ１１２でＹｅｓ）は、上記Ｓ１０２に戻りスプレー動作を繰り返す。また、異なる位置で継続する場合（Ｓ１１２でＮｏ）は、噴霧部（ノズル１１等）・マスク１８・収束ガードリング１５を水平方向（Ｘ、Ｙ方向）または垂直方向（Ｚ方向）に移動させる（Ｓ１１３、Ｓ１１４）。上記Ｓ１０２に戻りスプレー動作を繰り返す。これにより有機ＥＬデバイス用材料を所望のパターン状に成膜することができる。
【００３１】
本実施例によれば、有機ＥＬデバイス用材料等の局所成膜機能により、基板上の任意の位置に任意のパターン状に成膜することが可能である。その結果、パターンの線幅を高精度に実現するとともに、噴霧量を計測しながらスプレー動作を行なうので、付着膜の膜厚を高精度に実現することができる。これにより、パターニングの欠陥の修正を高精度で容易に行なうことが可能となる。本実施例では、有機ＥＬデバイス用材料の成膜を例に取り上げたが、上記した成膜技術は他の薄膜デバイス用材料の成膜にも適用できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３２】
１…ＥＳＤ装置部、
２…ステージ、
３…マスク駆動部、
４…台座、
１１…ノズル、
１２…電極、
１３…溶液、
１４…液滴、
１５…収束ガードリング、
１６…シャッター、
１７…コリメータ電極、
１８…マスク、
１９…アライメントマーク、
２０…基板、
２１…局所電極、
３１…溶液供給部、
３２…スプレー用電源、
３３…基板位置補正部、
３４…液量計測部、
３５…スプレー量計測部、
３６，３６ａ，３６ｂ…ガードリング用電源、
３７…シャッター制御部、
３８…コリメータ用電源、
３９…マスク位置制御部、
４０…基板位置制御部、
４１…局所電極用電源、
４２…コントローラ、
５０ａ〜５０ｆ…静電レンズ、
５１…磁界レンズ。
【図１】
2011175921.tif 000003
【図２】
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【図３】
2011175921.tif 000005
【図４】
2011175921.tif 000006