(57)【要約】【課題】本発明は、真空蒸着法やスピンコート法で成膜できなかった発光材料、光電変換材料等の材料を成膜することができ、電子デバイスに用いる機能性薄膜材料の選択性を広げることができるとともに、高性能の電子デバイスの作成を可能とする薄膜の作成方法と作成装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の薄膜の作成方法は、原料液１をエアロゾル化し、エアロゾル１５を加熱して、基板１９上に堆積させて薄膜を形成する薄膜の作成方法であって、基板１９方向にキャリアガス１３ａを流しエアロゾル１５を搬送する、エアロゾル１５の粒子を分級する、エアロゾル１５と基板１９との間に電位差を生じさせる、原料液１を静電噴霧してエアロゾル化する、の内少なくとも１つを含む構成とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料液をエアロゾル化し、前記エアロゾルを加熱して、基板上に堆積させて薄膜を形成する薄膜の作成方法であって、
前記基板方向にキャリアガスを流し、前記エアロゾルを搬送することを特徴とする薄膜の作成方法。
【請求項２】
原料液をエアロゾル化し、前記エアロゾルを加熱して、基板上に堆積させて薄膜を形成する薄膜の作成方法であって、
前記エアロゾルの粒子を分級することを特徴とする薄膜の作成方法。
【請求項３】
前記エアロゾルに静電気力を作用させて分級することを特徴とする請求項２に記載の薄膜の作成方法。
【請求項４】
原料液をエアロゾル化し、前記エアロゾルを加熱して、基板上に堆積させて薄膜を形成する薄膜の作成方法であって、
前記エアロゾルと前記基板との間に電位差を生じさせることを特徴とする薄膜の作成方法。
【請求項５】
前記基板に電位を与えることを特徴とする請求項４に記載の薄膜の作成方法。
【請求項６】
前記エアロゾルを帯電させることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の薄膜の作成方法。
【請求項７】
原料液をエアロゾル化し、前記エアロゾルを加熱して、基板上に堆積させて薄膜を形成する薄膜の作成方法であって、
前記原料液を静電噴霧してエアロゾル化することを特徴とする薄膜の作成方法。
【請求項８】
前記エアロゾルに含まれる溶媒を完全に気化させて、基板上に堆積させることを特徴とする請求項１〜７いずれか１項に記載の薄膜の作成方法。
【請求項９】
前記エアロゾルに含まれる溶媒を微量残留させて、基板上に堆積させることを特徴とする請求項１〜７いずれか１項に記載の薄膜の作成方法。
【請求項１０】
前記原料液の濃度が１重量％未満であることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項に記載の薄膜の作成方法。
【請求項１１】
前記原料液は、粒子径が０．１μｍ以下の無機の超微粒子材料を含むことを特徴とする請求項１〜９いずれか１項に記載の薄膜の作成方法。
【請求項１２】
前記無機の超微粒子材料が、蛍光材料であることを特徴とする請求項１１に記載の薄膜の作成方法。
【請求項１３】
前記原料液が炭素材料を含むことを特徴とする請求項１〜１０に記載の薄膜の作成方法。
【請求項１４】
複数回の薄膜作成を行うことにより、前記基板上に複数種の薄膜を作成することを特徴とする請求項１〜１３いずれか１項に記載の薄膜の作成方法。
【請求項１５】
前記原料液に有機材料を混合または分散または溶解させて、有機エレクトロルミネッセンス素子の有機薄膜を作成することを特徴とする請求項１〜１４いずれか１項に記載の薄膜の作成方法。
【請求項１６】
前記原料液に有機材料を混合または分散または溶解させて、光電変換素子の有機薄膜を作成することを特徴とする請求項１〜１４いずれか１項に記載の薄膜の作成方法。
【請求項１７】
原料液を供給する原料液供給手段と、キャリアガスを供給するキャリアガス供給手段と、前記原料液供給手段とキャリアガス供給手段から供給された原料液とキャリアガスからエアロゾルを形成噴霧するエアロゾル形成手段と、前記エアロゾル形成手段から噴霧されたエアロゾルに搬送力を付加するキャリアガスを噴出する付加キャリアガス供給手段と、前記エアロゾル形成手段から噴霧されたエアロゾルを加熱する加熱手段と、前記エアロゾル内に含まれる材料が堆積する基板を保持する基板保持手段とを備えたことを特徴とする薄膜の作成装置。
【請求項１８】
原料液を供給する原料液供給手段と、キャリアガスを供給するキャリアガス供給手段と、前記原料液供給手段とキャリアガス供給手段から供給された原料液とキャリアガスからエアロゾルを形成噴霧するエアロゾル形成手段と、前記エアロゾル形成手段から噴霧されたエアロゾルを加熱する加熱手段と、前記エアロゾル形成手段から噴霧されたエアロゾルの粒子に静電気力を作用させて分級する電界発生手段と、前記エアロゾル内に含まれる材料が堆積する基板を保持する基板保持手段とを備えたことを特徴とする薄膜の作成装置。
【請求項１９】
原料液を供給する原料液供給手段と、キャリアガスを供給するキャリアガス供給手段と、前記原料液供給手段とキャリアガス供給手段から供給された原料液とキャリアガスからエアロゾルを形成噴霧するエアロゾル形成手段と、前記エアロゾル形成手段から噴霧されたエアロゾルを加熱する加熱手段と、前記エアロゾル内に含まれる材料が堆積する基板を保持する基板保持手段と、前記基板に電位を付与し、前記エアロゾルと前記基板との間に電位差を生じさせる電位付与手段とを備えたことを特徴とする薄膜の作成装置。
【請求項２０】
前記エアロゾルを帯電させる帯電手段を備えたことを特徴とする請求項１７〜１９いずれか１項に記載の薄膜の作成装置。
【請求項２１】
前記基板を加熱する基板加熱手段を備えたことを特徴とする請求項１７〜２０いずれか１項に記載の薄膜の作成装置。
【請求項２２】
原料液を供給する原料液供給手段と、キャリアガスを供給するキャリアガス供給手段と、前記原料液供給手段とキャリアガス供給手段から供給された原料液とキャリアガスからエアロゾルを形成し静電噴霧する静電噴霧手段と、前記エアロゾル形成手段から噴霧されたエアロゾルを加熱する加熱手段と、前記エアロゾル内に含まれる材料が堆積する基板を保持する基板保持手段とを備えたことを特徴とする薄膜の作成装置。
【請求項２３】
前記エアロゾル形成から前記基板への堆積に至るエアロゾルの流路を外界と隔離するチャンバーを備えたことを特徴とする請求項１７〜２２いずれか１項に記載の薄膜の作成装置。
【請求項２４】
前記加熱手段は、前記チャンバーの外壁に備えられたことを特徴とする請求項２３に記載の薄膜の作成装置。
【請求項２５】
前記エアロゾルの流路は、エアロゾルが形成される位置から前記基板との間で狭くなることを特徴とする請求項２３，２４いずれか１項に記載の薄膜の作成装置。
【請求項２６】
前記チャンバーの内壁にエアロゾルの付着を防止する付着防止膜を設けたことを特徴とする請求項２３〜２５いずれか１項に記載の薄膜の作成装置。
【請求項２７】
前記基板保持手段が３次元的に移動可能または回転可能であることを特徴とする請求項１７〜２６いずれか１項に記載の薄膜の作成装置。
【請求項２８】
原料液を供給する原料液供給手段と、キャリアガスを供給するキャリアガス供給手段と、前記原料液供給手段とキャリアガス供給手段から供給された原料液とキャリアガスからエアロゾルを形成噴霧するエアロゾル形成手段と、前記エアロゾル形成手段から噴霧されたエアロゾルを加熱する加熱手段と、少なくとも前記エアロゾル形成手段を内部に配置し、その端部に開口部を備えた第１のチャンバーと、
前記エアロゾル内に含まれる材料が堆積する基板を保持する基板保持手段と、前記基板保持手段を内部に配置し、前記開口部を介して前記第１のチャンバーと接続された第２のチャンバーとを備え、
前記第１のチャンバーの内部に、前記エアロゾル形成手段から噴霧されたエアロゾルに搬送力を付加するキャリアガスを噴出する付加キャリアガス供給手段、前記エアロゾル形成手段から噴霧されたエアロゾルの粒子に静電気力を作用させて分級する電界発生手段、前記エアロゾル形成手段にエアロゾルを帯電させる帯電手段を具備した静電噴霧手段、の内少なくとも１つの手段を備えたことを特徴とする薄膜の作成装置。
【請求項２９】
前記第２のチャンバーの内部に、前記基板に電位を付与し、前記エアロゾルと前記基板との間に電位差を生じさせる電位付与手段、前記基板を加熱する基板加熱手段、前記基板を移動可能、或いは、傾斜可能、或いは、回転可能とする基板移動手段、の内少なくとも１つの手段を備えたことを特徴とする請求項２８に記載の薄膜の作成装置。
【請求項３０】
前記第１のチャンバーの内壁で構成される前記エアロゾルの流路は、前記開口部で狭くなることを特徴とする請求項２８，２９いずれか１項に記載の薄膜の作成装置。
【請求項３１】
前記加熱手段は、前記第１のチャンバーの外壁を覆うように配置され、少なくとも、前記エアロゾルが形成される位置から前記開口部間を加熱することを特徴とする請求項２８〜３０いずれか１項に記載の薄膜の作成装置。
【請求項３２】
前記第１のチャンバーの内壁に前記エアロゾルの付着を防止する付着防止膜を設けたことを特徴とする請求項２８〜３１いずれか１項に記載の薄膜の作成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜の製造技術分野に属し、特に有機または無機の、発光デバイス、光電変換デバイス等を作成するための機能性薄膜の作成方法と作成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機化合物の薄膜作成法として、従来から真空蒸着法に代表されるドライプロセスや、スピンコート法に代表されるウエットプロセスが挙げられる。ドライプロセスは、膜厚のコントロールが容易、異なった材料の積層構造や適当な開口部をもったマスクを用いた塗りわけが可能といった利点があるが、高分子材料や熱的に不安定な物質には使用できない、装置が大掛かりでコストがかかるといった制約がある。一方ウエットプロセスは高分子材料や熱的に不安定な物質に適用でき、装置が単純で大量生産に適した成膜方法であるといった利点があるが、異なった材料の積層構造や塗り分けは困難、基板の平坦性が特に要求されるといった欠点がある。更にウエットプロセスでは、材料溶液の濃度は１％程度のものが必要とされ、溶解性の確保が材料設計にとって大きな制約条件となっている。
【０００３】
（特許文献１）に記載の、スプレー法による有機エレクトロルミネッセンス薄膜の作製方法と作製装置によれば、高分子材料や熱的に不安定な有機材料を原料とする成膜にも対応でき、異なった材料の積層構造や塗り分けが可能で、しかも材料溶液の濃度が極めて低い場合でも成膜できる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−７５６４１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のスプレー法では、成膜レートが低く、成膜に時間がかかると言う課題があり、成膜した表面の面粗さ低減、膜厚分布向上等を含め、成膜された薄膜の膜質向上を図る上で改善するべきところもあった。
【０００６】
そこで、本発明は、真空蒸着法やスピンコート法で成膜できなかった発光材料、光電変換材料等の材料を成膜することができ、電子デバイスに用いる機能性薄膜材料の選択性を広げることができるとともに、高性能の電子デバイスの作成を可能とする薄膜の作成方法と作成装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の薄膜の作成方法は、原料液をエアロゾル化し、エアロゾルを加熱して、基板上に堆積させて薄膜を形成する薄膜の作成方法であって、基板方向にキャリアガスを流しエアロゾルを搬送する、エアロゾルの粒子を分級する、エアロゾルと基板との間に電位差を生じさせる、原料液を静電噴霧してエアロゾル化する、の内少なくとも１つを含む構成とした。
【０００８】
また、本発明の薄膜の作成装置は、原料液を供給する原料液供給手段と、キャリアガスを供給するキャリアガス供給手段と、原料液供給手段とキャリアガス供給手段から供給された原料液とキャリアガスからエアロゾルを形成噴霧するエアロゾル形成手段と、エアロゾル形成手段から噴霧されたエアロゾルを加熱する加熱手段と、少なくともエアロゾル形成手段を内部に配置し、その端部に開口部を備えた第１のチャンバーと、エアロゾル内に含まれる材料が堆積する基板を保持する基板保持手段と、基板保持手段を内部に配置し、開口部を介して第１のチャンバーと接続された第２のチャンバーとを備え、第１のチャンバーの内部に、エアロゾル形成手段から噴霧されたエアロゾルに搬送力を付加するキャリアガスを噴出する付加キャリアガス供給手段、エアロゾル形成手段から噴霧されたエアロゾルの粒子に静電気力を作用させて分級する電界発生手段、エアロゾル形成手段にエアロゾルを帯電させる帯電手段を具備した静電噴霧手段、の内少なくとも１つの手段を備える構成とした。
【０００９】
本発明による薄膜の作成方法と作成装置は、真空蒸着法では、成膜するのが困難である高分子材料や、熱的に不安定な有機材料を原料とする成膜にも対応でき、また、スピンコート法では困難である異なった材料の積層構造や塗り分けが可能で、しかも材料用液の濃度が極めて低い場合でも成膜できる。また、溶質は溶解してなくてもよく、混合または分散されていればいいので、成膜可能な材料の選択性を一般的な有機材料やナノサイズの無機超微粒子にまで大きく広げることができる。大面積基板に対して真空蒸着法のように、装置の大型化によるコスト高を招くこともない。
【００１０】
これにより、真空蒸着法やスピンコート法で成膜できなかった発光材料、光電変換材料を成膜することができるので、電子デバイスに用いる機能性薄膜材料の選択性を広げることができるとともに、高性能の電子デバイスの作成が可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、原料液をエアロゾル化し、エアロゾルを加熱して、基板上に堆積させて薄膜を形成する薄膜の作成方法であって、基板方向にキャリアガスを流し、エアロゾルを搬送することを特徴とし、これによって、微小なサイズのエアロゾルを形成し、そのエアロゾルの噴霧力に加えて、基板方向に流れるキャリアガスで搬送しながら、それらのエアロゾルを均一に加熱することで、さらに微小化しながら搬送されるので、成膜レートが向上し、膜厚分布を改善することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、原料液をエアロゾル化し、エアロゾルを加熱して、基板上に堆積させて薄膜を形成する薄膜の作成方法であって、エアロゾルの粒子を分級することを特徴とし、これによって、微小なサイズのエアロゾルを形成し、噴霧されたエアロゾルを均一に加熱することで、さらに微小化しながら搬送され、さらに分級するので、成膜レートが向上し、膜質の品質が向上し、膜厚分布を改善することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２において、エアロゾルに静電気力を作用させて分級することを特徴とし、これによって、噴霧され搬送されるエアロゾルの粒子に静電気力を作用させて分級を効率良く行うことができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、原料液をエアロゾル化し、エアロゾルを加熱して、基板上に堆積させて薄膜を形成する薄膜の作成方法であって、エアロゾルと基板との間に電位差を生じさせることを特徴とし、これによって、微小なサイズのエアロゾルを形成し、噴霧されたエアロゾルを均一に加熱することで、さらに微小化しながら搬送され、エアロゾルと基板との間に電位差を生じさせてエアロゾルを基板に引き付けるので、成膜レートが向上し、膜質の品質が向上し、膜厚分布を改善することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項４において、基板に電位を与えることを特徴とし、基板に電位を与えることで、容易にエアロゾルと基板との間に電位差を生じさせることができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５において、エアロゾルを帯電させることを特徴とし、基板にエアロゾルを引き付けることができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、原料液をエアロゾル化し、エアロゾルを加熱して、基板上に堆積させて薄膜を形成する薄膜の作成方法であって、原料液を静電噴霧してエアロゾル化することを特徴とし、これによって、微小なサイズのエアロゾルを形成し、帯電噴霧されたエアロゾルを均一に加熱することで、さらに微小化しながら搬送され、さらに分級するので、成膜レートが向上し、膜厚分布を改善することができる。そして、エアロゾルの形成と同時にこれを帯電されることができるので、容易にエアロゾルを帯電させることができる。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７において、エアロゾルに含まれる溶媒を完全に気化させて、基板上に堆積させることを特徴とし、基板における膜形成時に残留溶剤がない。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜７において、エアロゾルに含まれる溶媒を微量残留させて、基板上に堆積させることを特徴とし、膜形成時に流動性を与えることができる。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９において、原料液の濃度が１重量％未満であることを特徴とし、溶媒に対する溶解性や分散性が比較的小さい材料であっても成膜が可能である。
【００２１】
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜９において、原料液は、粒子径が０．１μｍ以下の無機の超微粒子材料を含むことを特徴とし、無機の超微粒子材料を含む薄膜を容易に形成することができる。
【００２２】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１おいて、無機の超微粒子材料が、蛍光材料であることを特徴とし、蛍光材料を含む薄膜を容易に形成できる。
【００２３】
請求項１３に記載の発明は、請求項１〜１０において、原料液が炭素材料を含むことを特徴とし、炭素材料を含む薄膜を容易に形成できる。
【００２４】
請求項１４に記載の発明は、請求項１〜１３において、複数回の薄膜作成を行うことにより、基板上に複数種の薄膜を作成することを特徴とし、用途に応じ種々の薄膜形成が可能となる。
【００２５】
請求項１５に記載の発明は、請求項１〜１４において、原料液に有機材料を混合または分散または溶解させて、有機エレクトロルミネッセンス素子の有機薄膜を作成することを特徴とし、有機エレクトロルミネッセンス素子の有機薄膜を容易に作成できるので、従来の方法に比して材料の選択性が向上する。
【００２６】
請求項１６に記載の発明は、請求項１〜１４において、原料液に有機材料を混合または分散または溶解させて、光電変換素子の有機薄膜を作成することを特徴とし、光電変換素子の有機薄膜を容易に作成できるので、従来の方法に比して材料の選択性が向上する。
【００２７】
請求項１７に記載の発明は、原料液を供給する原料液供給手段と、キャリアガスを供給するキャリアガス供給手段と、原料液供給手段とキャリアガス供給手段から供給された原料液とキャリアガスからエアロゾルを形成噴霧するエアロゾル形成手段と、エアロゾル形成手段から噴霧されたエアロゾルに搬送力を付加するキャリアガスを噴出する付加キャリアガス供給手段と、エアロゾル形成手段から噴霧されたエアロゾルを加熱する加熱手段と、エアロゾル内に含まれる材料が堆積する基板を保持する基板保持手段とを備えたことを特徴とし、基板方向にキャリアガスを流し、エアロゾルを搬送することを特徴とし、これによって、微小なサイズのエアロゾルを形成し、そのエアロゾルの噴霧力に加えて、基板方向に流れるキャリアガスで搬送しながら、それらのエアロゾルを均一に加熱することで、さらに微小化しながら搬送されるので、成膜レートが向上し、膜厚分布を改善することができる。
【００２８】
請求項１８に記載の発明は、原料液を供給する原料液供給手段と、キャリアガスを供給するキャリアガス供給手段と、原料液供給手段とキャリアガス供給手段から供給された原料液とキャリアガスからエアロゾルを形成噴霧するエアロゾル形成手段と、エアロゾル形成手段から噴霧されたエアロゾルを加熱する加熱手段と、エアロゾル形成手段から噴霧されたエアロゾルの粒子に静電気力を作用させて分級する電界発生手段と、エアロゾル内に含まれる材料が堆積する基板を保持する基板保持手段とを備えたことを特徴とし、これによって、微小なサイズのエアロゾルを形成し、噴霧されたエアロゾルを均一に加熱することで、さらに微小化しながら搬送され、さらに分級するので、成膜レートが向上し、膜厚分布を改善することができる。
【００２９】
請求項１９に記載の発明は、原料液を供給する原料液供給手段と、キャリアガスを供給するキャリアガス供給手段と、原料液供給手段とキャリアガス供給手段から供給された原料液とキャリアガスからエアロゾルを形成噴霧するエアロゾル形成手段と、エアロゾル形成手段から噴霧されたエアロゾルを加熱する加熱手段と、エアロゾル内に含まれる材料が堆積する基板を保持する基板保持手段と、基板に電位を付与し、エアロゾルと基板との間に電位差を生じさせる電位付与手段とを備えたことを特徴とし、これによって、微小なサイズのエアロゾルを形成し、噴霧されたエアロゾルを均一に加熱することで、さらに微小化しながら搬送され、エアロゾルと基板との間に電位差を生じさせてエアロゾルを基板に引き付けるので、成膜レートが向上し、膜厚分布を改善することができる。
【００３０】
請求項２０に記載の発明は、請求項１７〜１９において、エアロゾルを帯電させる帯電手段を備えたことを特徴とし、エアロゾルを帯電させることを特徴とし、基板にエアロゾルを引き付けることができる。
【００３１】
請求項２１に記載の発明は、請求項１７〜２０において、基板を加熱する基板加熱手段を備えたことを特徴とし、基板に成膜された膜の残留溶剤を除去できる或いは、基板に成膜された膜の固化を進行させる。
【００３２】
請求項２２に記載の発明は、原料液を供給する原料液供給手段と、キャリアガスを供給するキャリアガス供給手段と、原料液供給手段とキャリアガス供給手段から供給された原料液とキャリアガスからエアロゾルを形成し静電噴霧する静電噴霧手段と、エアロゾル形成手段から噴霧されたエアロゾルを加熱する加熱手段と、エアロゾル内に含まれる材料が堆積する基板を保持する基板保持手段とを備えたことを特徴とし、これによって、微小なサイズのエアロゾルを形成し、帯電噴霧されたエアロゾルを均一に加熱することで、さらに微小化しながら搬送され、さらに分級するので、成膜レートが向上し、膜質の品質が向上し、膜厚分布を改善することができる。そして、エアロゾルの形成と同時にこれを帯電されることができるので、容易にエアロゾルを帯電させることができる。
【００３３】
請求項２３に記載の発明は、請求項１７〜２２において、エアロゾル形成から基板への堆積に至るエアロゾルの流路を外界と隔離するチャンバーを備えたことを特徴とし、エアロゾルを安定して導くことができる。
【００３４】
請求項２４に記載の発明は、請求項２３において、加熱手段は、チャンバーの外壁に備えられたことを特徴とし、エアロゾルの流れを妨げることなく、エアロゾルを均一に加熱できる。
【００３５】
請求項２５に記載の発明は、請求項２３，２４において、エアロゾルの流路は、エアロゾルが形成される位置から基板との間で狭くなることを特徴とし、エアロゾルを空間的に高密度化できる。
【００３６】
請求項２６に記載の発明は、請求項２３〜２５において、チャンバーの内壁にエアロゾルの付着を防止する付着防止膜を設けたことを特徴とし、エアロゾルのチャンバーへの付着を防止すると共に、基板に供給されるエアロゾルの量的損失を抑制し、成膜レートが向上する。
【００３７】
請求項２７に記載の発明は、請求項１７〜２６において、基板保持手段が３次元的に移動可能または回転可能であることを特徴とし、成膜条件の微調整が可能であり、成膜パターンも種々対応可能となる。
【００３８】
請求項２８に記載の発明は、原料液を供給する原料液供給手段と、キャリアガスを供給するキャリアガス供給手段と、原料液供給手段とキャリアガス供給手段から供給された原料液とキャリアガスからエアロゾルを形成噴霧するエアロゾル形成手段と、エアロゾル形成手段から噴霧されたエアロゾルを加熱する加熱手段と、少なくともエアロゾル形成手段を内部に配置し、その端部に開口部を備えた第１のチャンバーと、エアロゾル内に含まれる材料が堆積する基板を保持する基板保持手段と、基板保持手段を内部に配置し、開口部を介して前記第１のチャンバーと接続された第２のチャンバーとを備え、第１のチャンバーの内部に、エアロゾル形成手段から噴霧されたエアロゾルに搬送力を付加するキャリアガスを噴出する付加キャリアガス供給手段、エアロゾル形成手段から噴霧されたエアロゾルの粒子に静電気力を作用させて分級する電界発生手段、エアロゾル形成手段にエアロゾルを帯電させる帯電手段を具備した静電噴霧手段、の内少なくとも１つの手段を備えたことを特徴とし、これによって、成膜レートが向上し、膜厚分布を改善することができる。
【００３９】
請求項２９に記載の発明は、請求項２８において、第２のチャンバーの内部に、基板に電位を付与し、エアロゾルと基板との間に電位差を生じさせる電位付与手段、基板を加熱する基板加熱手段、基板を移動可能、或いは、傾斜可能、或いは、回転可能とする基板移動手段、の内少なくとも１つの手段を備えたことを特徴とし、成膜レートを向上させ、或いは、種々の成膜に対応できる。
【００４０】
請求項３０に記載の発明は、請求項２８，２９おいて、第１のチャンバーの内壁で構成されるエアロゾルの流路は、開口部で狭くなることを特徴とし、エアロゾルを空間的に高密度化できる。
【００４１】
請求項３１に記載の発明は、請求項２８〜３０において、加熱手段は、第１のチャンバーの外壁を覆うように配置され、少なくとも、エアロゾルが形成される位置から開口部間を加熱することを特徴とし、噴霧されたエアロゾルのボリューム全体を均一に加熱することができる。エアロゾルの流路で徐々に溶媒を気化させることができ、エアロゾルを微粒子化できると共に、溶質の濃縮が可能となる。
【００４２】
請求項３２に記載の発明は、請求項２８〜３１において、第１のチャンバーの内壁にエアロゾルの付着を防止する付着防止膜を設けたことを特徴とし、エアロゾルのチャンバーへの付着を防止すると共に、基板に供給されるエアロゾルの量的損失を抑制し、成膜レートが向上する。
【００４３】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００４４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による第１の薄膜作成装置の概要図である。
【００４５】
図１において、１は溶質が溶媒に溶解或いは分散された原料液、１ａは原料液１を貯蔵する原料液タンクであり、２はポンプ、３はレギュレータ、４は流量計をそれぞれ示す。３１は原料液供給ラインであり、原料液１は、原料液タンク１ａから原料液供給ライン３１に導かれ、原料液供給ライン３１に設けられたポンプ２、レギュレータ３、流量計４によってその流量が調整される。
【００４６】
また、５はコンプレッサ、６はレギュレータ、７は流量計であり、１３は原料液１とでエアロゾル１５を形成するキャリアガス、５０はキャリアガス１３が充填されたガスタンクである。３２はキャリアガス供給ラインであり、キャリアガス１３はガスタンク５０からコンプレッサ５によって、キャリアガス供給ライン３２に導かれ、キャリアガス供給ライン３２にはレギュレータ６、流量計７が設けられており、コンプレッサ５と共にその流量を調整するものである。
【００４７】
更に、５ａはコンプレッサ、６ａはレギュレータ、７ａは流量計であり、１３ａはエアロゾル１５を基板１９方向に搬送するキャリアガス、５０ａはキャリアガス１３ａが充填されたガスタンクである。３２ａはキャリアガス供給ラインであり、キャリアガス１３ａはガスタンク５０ａからコンプレッサ５ａによって、キャリアガス供給ライン３２ａに導かれ、キャリアガス供給ライン３２ａにはレギュレータ６ａ、流量計７ａが設けられており、コンプレッサ５ａと共にその流量を調整し、キャリアガス供給口１４にキャリアガス１３ａを導くものである。
【００４８】
そして、１０は帯電用ヘッド、１１は帯電用ヘッド１０の先端部に配置されたノズルであり、１２は碍子（がいし）、８はノズル１１に碍子１２を介して接続された高圧電源である。１５は原料液１とキャリアガス１３とがノズル１１で混合噴霧されて形成されるエアロゾルであり、ノズル１１には原料液供給ライン３１とキャリアガス供給ライン３２が結合され、ノズル１１から原料液１とキャリアガス１３が混合されエアロゾル１５が噴霧される。また、ノズル１１には高圧電源８によって高電圧が印加され、原料液１とキャリアガス１３とでエアロゾル１５を形成、噴霧する際に、エアロゾル１５の微粒子を帯電させる。
【００４９】
また、９はコントローラであり制御手段を構成する。原料液１を適正流量流すためのポンプ２、レギュレータ３、流量計４、原料液供給ライン３１で構成される原料液供給手段と、キャリアガス１３を適正流量流すためのコンプレッサ５、レギュレータ６、流量計７、キャリアガス供給ライン３２で構成されるキャリアガス供給手段と、これら原料液供給手段、キャリアガス供給手段に接続され、エアロゾル１５を作り出すためのノズル１１で構成されるエアロゾル形成手段と、キャリアガス１３ａを適正流量流すためのコンプレッサ５ａ、レギュレータ６ａ、流量計７ａ、キャリアガス供給ライン３２ａ、キャリアガス供給口１４で構成される付加キャリアガス供給手段とは、コントローラ９によって噴霧条件がコントロールされ制御される。更に、ノズル１１に接続された高圧電源８で構成される帯電手段もコントローラ９によって、印加電圧が制御される。なお、エアロゾル形成手段と帯電手段とで静電噴霧手段を構成する。
【００５０】
また、１７はチャンバーＡであり、第１のチャンバーを構成する。１６はチャンバーＡ１７の外壁を覆うように配置されたヒーターであり、１８はチャンバーＡ１７の開口部である。帯電用ヘッド１０は、その開口部１８以外は密閉されているチャンバーＡ１７の上部に取り付けられている。ヒーター１６は加熱手段を構成する。
【００５１】
ここで、チャンバーＡ１７は、概略ロート（漏斗）のような形状で、円筒が開口部１８に向かって徐々に絞られたような構造である。なお、チャンバーＡ１７の形状は、他の例として、内部が空洞の角柱を徐々に絞るような構造等、特に限定されないが、エアロゾル１５が噴霧される位置の断面積より、開口部１８の断面積が小さいことが好ましい。なお、ここで言う断面積とは、チャンバーＡ１７の空洞部の断面積であって、エアロゾル１５の流路の断面積である。そして、チャンバーＡ１７はエアロゾル１５が搬送される流路を構成しており、その流路は開口部１８に向かって絞られて狭くなっている。このように構成することで、噴霧されたエアロゾル１５を開口部１８で空間的に高密度化することができる。
【００５２】
更に、２１はチャンバーＢであり、第２のチャンバーを構成する。１９は基板、２０は基板１９を保持する基板ホルダー、２０ａは基板ホルダー移動手段、２２は基板ホルダーのアース、２３は排気口である。チャンバーＡ１７とチャンバーＢ２１は、開口部１８でキャリアガス１３ａやエアロゾル１５が漏れないように接続されており、チャンバーＢ２１は、排気口２３以外にはキャリアガス１３、或いは、キャリアガス１３ａが漏れないように密閉されている。チャンバーＢ２１内には、アース２２によってアースされた基板ホルダー２０上に基板１９が配置され、チャンバーＢ２１の上部にはチャンバーＡ１７との連絡口となる開口部１８が位置し、下部にはエアロゾル１５に含まれるキャリアガス１３、或いは、キャリアガス１３ａが排気される排気口２３が形成されている。また、チャンバーＢ２１内は排気口２３以外で密閉されており、外部の雰囲気とは完全に遮断された大気圧状態であり、この排気口２３からキャリアガス１３、或いは、キャリアガス１３ａが流れていくことになる。
【００５３】
このように、チャンバーＡ１７とチャンバーＢ２１とによって、エアロゾル１５の形成、搬送、基板１９への堆積に至る薄膜形成の成膜空間は、外界とは隔離される。
【００５４】
また、基板ホルダー２０は基板保持手段を構成するものであり、基板ホルダー２０は、ステッピングモーターやアクチュエーター等で構成され基板移動手段となる基板ホルダー移動手段２０ａによって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、さらにＺ軸方向に移動可能となっている。更に、傾斜可能或いは回転可能としてもよい。基板１９をＸＹ方向に移動させれば、基板１９における成膜位置を変えることができるので、成膜を複数回行えば、塗分けや、成膜面積を増加させることができる。
また、Ｚ方向に移動させれば基板１９とノズル１１間のエアロゾル１５の移動距離を変えることができ、成膜条件の微調整が可能となる。また、傾斜させれば、エアロゾル１５の基板１９に対する入射角度を変えることができるので、成膜条件の微調整が可能となる。また、回転させれば、良好な膜厚分布を得ることができる。
【００５５】
次に、本発明の実施の形態１による第１の薄膜作成装置において、その薄膜作成方法を説明する。
【００５６】
原料液タンク１ａに貯蔵された原料液１は、ポンプ２により原料液供給ライン３１を通って帯電用ヘッド１０に導かれ、同様に、ガスタンク５０に充填されたキャリアガス１３はコンプレッサ５によりキャリアガス供給ライン３２を通って帯電用ヘッド１０に導かれる。そして、コントローラ９は、流量計４の情報からポンプ２、レギュレータ３を調整し、同様に、流量計７の情報からコンプレッサ５、レギュレータ６を調整し、原料液供給ライン３１に流れる原料液１の流量とキャリアガス供給ライン３２に流れるキャリアガス１３の流量を制御する。
【００５７】
帯電用ヘッド１０に導かれた原料液１とキャリアガス１３は、ノズル１１にて混合噴霧され、エアロゾル１５が形成される。このとき、ノズル１１には高圧電源８によって高電圧が印加されており、エアロゾル１５の微粒子は、帯電されながら噴霧される。
【００５８】
また、ガスタンク５０ａに充填されたキャリアガス１３ａはコンプレッサ５ａによりキャリアガス供給ライン３２ａを通って、キャリアガス供給口１４から噴出される。そして、コントローラ９は、流量計７ａの情報からコンプレッサ５ａ、レギュレータ６ａを調整し、キャリアガス供給ライン３２ａに流れるキャリアガス１３ａの流量を制御する。
【００５９】
よって、噴霧され帯電した微小なサイズのエアロゾル１５は、エアロゾル１５を構成しノズル１１から噴霧されるキャリアガス１３の搬送力に加えて、キャリアガス供給口１４から噴出されたキャリアガス１３ａの搬送力を与えられ、基板１９方向に搬送される。ここで、キャリアガス１３ａの働きは付加搬送力をエアロゾル１５に与えるものである。
【００６０】
ここで、キャリアガス１３を含むエアロゾル１５はノズル１１から放射噴霧され、キャリアガス１３ａはキャリアガス供給口１４から基板１９に対して略垂直方向に噴出されるので、キャリアガス１３とキャリアガス１３ａのガス圧を調整することにより、両者の比によって、エアロゾル１５の方向を変更することもできる。また、図１において、キャリアガス供給口１４の噴出方向を基板１９に対する略垂直方向としているが、キャリアガス供給口１４の噴出方向を適宜変更すれば、基板１９に対するエアロゾル１５の入射方向の微調整が可能となる。
【００６１】
そして、キャリアガス１３ａによって搬送されて、基板１９方向に向かうエアロゾル１５は、チャンバーＡ１７を覆うように取り付けられたヒーター１６で均一に加熱され、乾燥されることにより、１０〜１０００ｎｍ程度に微小化されながら基板１９へと搬送されていく。このように、エアロゾル１５は、ヒーター１６で加熱されながら、基板１９方向へと搬送されるので、基板１９に到達する間に溶媒が徐々に気化して乾燥し、基板１９での成膜時には残留する溶媒が微量な状態とすることができる。
【００６２】
ここで、ヒーター１６はエアロゾルの気流温度を溶媒が気化するための最適値に保ち、チャンバーＡ１７の外壁を覆うように配置されてエアロゾル１５の流れを妨げない構造を有し、溶媒や有機材料の種類、気流の流量、原料液の濃度などによって最適な温度を選択することができる。そして、その温度設定はコントローラ９によって行うことができる。
【００６３】
そして、ヒーター１６で加熱されながら、基板１９方向へと搬送されるエアロゾル１５は、開口部１８を通過して、チャンバーＢ２１に配置された基板１９へと向かう。また、チャンバーＡ１７の形状は、開口部１８に向かって徐々に絞られた構造であり、エアロゾル１５が搬送される流路の断面積は、徐々に小さくなり、噴霧されたエアロゾル１５は開口部１８で空間的に高密度化される。また、上述したように、溶媒が徐々に気化して乾燥するため、エアロゾル１５の粒径も、徐々に小さくなっており、エアロゾル１５は濃縮されることになる。
【００６４】
ここで、開口部１８の面積、数、形状は成膜条件によって変更される。成膜範囲を限定する場合、０．１〜２０ｍｍ２の開口部面積を有するマスクを開口部に取り付けることにより成膜範囲を限定できる。マスクの開口部パターンを変化させることで、基板上での複数の有機材料の塗りわけや積層化を制御でき、さらには膜厚の分布を改善することもできる。
【００６５】
そして、粒子を帯電させながら噴霧されたエアロゾル１５は、全体に亘って均一に加熱されながら開口部１８に到達し、開口部１８の形状によって乾燥状態と流れ状態を制御され、エアロゾル１５はアース２２によってアースされている基板ホルダー２０上の基板１９に到達して、堆積されていく。このとき、エアロゾル１５は基板１９に対して乱流的に入射される。
【００６６】
ここで、上述したように、噴霧されたエアロゾル１５は、開口部１８を通過するときに空間的に高密度化されるが、開口部１８に至る際に、チャンバーＡ１７の内壁に衝突、反射するため、それまで一定方向であったエアロゾル１５の流れは乱流的になる。また、エアロゾル１５が基板１９上に堆積していく際に、エアロゾル１５の乾燥状態とエアロゾル１５の基板１９への入射角度や流れの状態によって、成膜性が異なる。この成膜性の違いは、特に、成膜形成の初期で顕著に表れる。ところで、エアロゾル１５の基板１９への入射角度が揃っている場合では、基板１９に入射したエアロゾル１５は一定方向の流れを作りやすくなる。そして、基板１９に入射されたエアロゾル１５の流れは、基板１９の表面に沿う方向、即ち、基板１９の表面に平行方向の流れとなってしまう。これに対して、エアロゾル１５が乱流的に基板１９に入射する場合、即ち、基板１９への入射方向がランダムである場合には、基板１９に入射したエアロゾル１５は一定方向の流れを作ることなく、基板表面に滞在する時間が長くなる。よって、基板１９への付着確率が上がり、その結果成膜レートが向上する。
【００６７】
更に、エアロゾル１５は帯電し、基板１９はアースされており、エアロゾル１５は基板１９（アース）との電位差によって吸引されるため、噴霧の搬送力（キャリアガス１３の搬送力）に加え、電気的吸引力が作用し、成膜レートを向上させることができる。更に、キャリアガス１３ａの付加搬送力が加わるため、成膜レートをより高くすることが可能となる。また、エアロゾル１５を帯電させ、そのターゲットとなる基板１９をアースして両者に電位差を与えることにより、帯電したエアロゾル１５は、そのターゲットである基板１９に吸引されるので、他の部分への付着が減少し、成膜レートが向上する。
【００６８】
また、エアロゾル１５はヒーター１６で加熱されながら基板１９に搬送されるが、エアロゾル１５に含まれる溶媒は、基板１９に到達した時に、微量残留していた方が、膜形成の観点からは好ましい。エアロゾル１５に含まれる溶媒を完全に気化させた場合よりも残留させた方が、膜密度が向上した緻密な膜を形成できることが実験的に確認できた。これは、エアロゾル１５に含まれる溶媒によって、基板１９に対する濡れの向上や、基板１９上でのエアロゾル１５の微粒子同士の結合力の向上、基板１９でのエアロゾル１５の分散性の向上が図れることによるものと思われるが、詳細なメカニズムは定かではない。なお、形成する膜の原材料や、微粒子を分散形成する等の用途によって、基板１９に到達するまでに、エアロゾル１５に含まれる溶媒を完全に気化させてもよい。また、これらの溶媒の乾燥状態は、上述のようにヒーター１６の加熱条件等を調整すればよい。
【００６９】
このように実施の形態１による第１の薄膜作成装置によって成膜することにより、噴霧されたエアロゾル１５の粒径とその乾燥状態を精度よくコントロールしながら基板１９上に導いて成膜できるので、０．１μｍ、さらには０．０１μｍ程度の膜厚の薄膜を提供することができる。
【００７０】
また、本実施の形態１においては、エアロゾルのような微粒子の状態で溶媒を気化させるが、微粒子は表面積が大きいために、その溶媒の沸点よりはるかに低い温度で溶媒が気化するという特徴を持つ。したがって、本発明に用いる溶媒として、テトラヒドロフラン、クロロホルム、ジメチルホルムアミドやジメチルスルホキシド等の有機溶媒のほか、水も使用することができる。
【００７１】
また、原料は溶液状態（ウエット）であり、常圧で成膜できるので、真空蒸着法では成膜するのが困難である高分子材料や、熱的に不安定な有機材料を原料とする成膜にも対応できる。
【００７２】
さらに、無機の超微粒子材料を混合、分散した溶液を用いることも可能である。この場合は無機の超微粒子材料の粒子径は、成膜しようとする薄膜の膜厚よりも小さくなければならない。粒子径と膜厚の比が好ましくは１／１０以下であれば良い。
【００７３】
また、本実施の形態１による薄膜作成方法では、成膜しようとするエアロゾル１５が基板１９に到達すると同時に膜形成されはじめ、短時間うちに固化が完了するので、スピンコート法では困難である異なった材料の積層構造や塗り分けが可能である。しかも基板ホルダー２０をＸ、Ｙ方向に移動させることにより容易に、大面積基板に対応可能なので、真空蒸着法のように大型化によるコスト高を招くこともない。
【００７４】
次に、本発明の実施の形態１の変形例について説明する。図２は、本発明の実施の形態１による第２の薄膜作成装置の概要図である。
【００７５】
なお、図２において、図１で説明したものと同様のものには、同じ符号を付しその説明を省略する。また、２４は基板ホルダー２０に設けられたヒーターであり、基板加熱手段を構成する。
【００７６】
本発明の実施の形態１による第２の薄膜作成装置では、図２に示すように、基板ホルダー２０には、ヒーター２４を内蔵している。このように基板１９を加熱するヒーター２４を配置してあることにより、溶媒を気化し基板１９への付着状態をコントロールしたり、基板温度を安定させることにより、膜密度などの膜質を安定させることができる。
【００７７】
なお、図１で示した本発明の実施の形態１による第１の薄膜作成装置では、キャリアガス１３ａを噴出する付加キャリアガス供給手段を設けており、図２においては、付加キャリアガス供給手段を設けない例で示しているが、本発明の実施の形態１による第２の薄膜作成装置においても、付加キャリアガス供給手段を設けてよいのはいうまでもない。
【００７８】
次に、本発明の実施の形態１による第２の薄膜作成装置において、その薄膜作成方法を説明する。
【００７９】
原料液タンク１ａに貯蔵された原料液１は、ポンプ２により原料液供給ライン３１を通って帯電用ヘッド１０に導かれ、同様に、ガスタンク５０に充填されたキャリアガス１３はコンプレッサ５によりキャリアガス供給ライン３２を通って帯電用ヘッド１０に導かれる。そして、コントローラ９は、これらの流量を制御する。
【００８０】
帯電用ヘッド１０に導かれた原料液１とキャリアガス１３は、ノズル１１にて混合噴霧され、エアロゾル１５が形成される。このとき、ノズル１１には高圧電源８によって高電圧が印加されており、エアロゾル１５の微粒子は、帯電されながら噴霧される。
【００８１】
そして、噴霧され帯電しているエアロゾル１５は、チャンバーＡ１７を覆うように取り付けられたヒーター１６で均一に加熱され、乾燥されることにより、１０〜１０００ｎｍ程度に微小化されながら基板１９へと搬送されていく。
【００８２】
そして、粒子を帯電させながら噴霧されたエアロゾル１５は均一に加熱されながら開口部１８に到達し、開口部１８の形状によって乾燥状態と流れ状態を制御され、エアロゾル１５はアース２２によってアースされ、ヒーター２４を内臓した基板ホルダー２０上の基板１９に到達する。
【００８３】
このように、エアロゾル１５は帯電し、基板１９はアースされており、エアロゾル１５は基板１９との電位差によって吸引されるため、噴霧の搬送力（キャリアガス１３の搬送力）に加え、電気的吸引力が作用し、成膜レートを向上させることができる。また、エアロゾル１５を帯電させ、そのターゲットとなる基板１９に電位差を与えることにより、帯電したエアロゾル１５は、そのターゲットである基板１９に吸引されるので、他の部分への付着が減少し、成膜レートが向上する。
【００８４】
そして、ヒーター２４によって基板１９への付着状態が制御され、堆積されていく。基板１９に成膜された薄膜は微量の残留溶媒が存在したとしてもヒーター２４によって除去され、また、膜自体の固化を進行させることもできる。
【００８５】
なお、上述したように、エアロゾル１５はヒーター１６で加熱されながら基板１９に搬送されるが、エアロゾル１５に含まれる溶媒は、基板１９に到達した時に、微量残留していた方が膜形成の観点から好ましい場合もあるので、この場合に微量残留させた場合でも、ヒーター２４を設けることによって、最終的に残留溶媒を完全に除去することができる。
【００８６】
実施の形態１による第２の薄膜作成装置によって成膜することにより、噴霧されたエアロゾル１５の粒径とその乾燥状態を精度よくコントロールしながら基板１９上に導いて成膜でき、更に基板１９を加熱するヒーター２４を配置してあることにより、溶媒を気化し基板１９への付着状態をコントロールしたり、基板温度を安定させることにより、膜密度などの膜質を安定させることができる。したがって、０．１μｍ、さらには０．０１μｍ程度の膜厚の薄膜を提供することができる。
【００８７】
また、原料は溶液状態（ウエット）であり、常圧で成膜できるので、真空蒸着法では成膜するのが困難である高分子材料や、熱的に不安定な有機材料を原料とする成膜にも対応できる。さらに無機の超微粒子材料を混合、分散した溶液を用いることも可能である。この場合は無機の超微粒子材料の粒子径は、成膜しようとする薄膜の膜厚よりも小さくなければならない。粒子径と膜厚の比が好ましくは１／１０以下であれば良い。
【００８８】
また、本実施の形態１による薄膜作成方法では、成膜しようとするエアロゾル１５が基板１９に到達すると同時に膜形成されはじめ、ヒーター２４により加熱されているため、非常に短時間うちに固化が完了するので、スピンコート法では困難である異なった材料の積層構造や塗り分けが可能である。しかも基板ホルダー２０をｘ、ｙ方向に移動させることにより容易に、大面積基板に対応可能なので、真空蒸着法のように大型化によるコスト高を招くこともない。
【００８９】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２による薄膜作成装置の概要図である。
【００９０】
なお、本実施の形態２において、実施の形態１で説明したものと同様のものには、同じ符号を付しその説明を省略する。
【００９１】
図３において、２５はネブライザー、２６はネブライザーのノズルである。
【００９２】
図３に示すように、原料液１は、原料液タンク１ａから原料液供給ライン３１に導かれ、原料液供給ライン３１に設けられたポンプ２、レギュレータ３、流量計４によってその流量が調整される。キャリアガス１３はガスタンク５０からコンプレッサ５によって、キャリアガス供給ライン３２に導かれ、キャリアガス供給ライン３２にはレギュレータ６、流量計７が設けられており、コンプレッサ５と共にその流量を調整するものである。
【００９３】
そして、ネブライザー３５のノズル２６には原料液供給ライン３１とキャリアガス供給ライン３２が結合され、ノズル２６から原料液１とキャリアガス１３が混合されエアロゾル１５が噴霧される。
【００９４】
また、原料液１を適正流量流すためのポンプ２、レギュレータ３、流量計４、原料液供給ライン３１で構成される原料液供給手段と、キャリアガス１３を適正流量流すためのコンプレッサ５、レギュレータ６、流量計７、キャリアガス供給ライン３２で構成されるキャリアガス供給手段と、これら原料液供給手段、キャリアガス供給手段に接続され、エアロゾル１５を作り出すためのノズル２６で構成されるエアロゾル形成手段とは、コントローラ９によって噴霧条件がコントロールされ制御される。
【００９５】
ここで、２７は碍子、２８は分級用電極板であり、分級用電極板２８は碍子２７を介してチャンバーＡ１７に固定され、片方はアースされ、もう片方は高圧電源８より高電圧を印加されている。よって、１組の分級用電極板２８の間には、基板方向と垂直方向の電界が発生される。なお、分級用電極板２８に接続された高圧電源８で構成される電界発生手段もコントローラ９によって、印加電圧が制御される。
【００９６】
また、２９，３０はエアロゾル粒子であり、エアロゾル粒子２９の粒径は、エアロゾル粒子３０の粒径よりも大きい。そして、ノズル２６から噴霧されたエアロゾル１５が分級用電極板２８に到達すると、粒径が小さいエアロゾル粒子３０は、１組の分級用電極板２８間の電界の影響を強く受けてその進行方向を変えられて、開口部１８に進行する。これに対して、粒径が大きいエアロゾル粒子２９は、エアロゾル粒子３０よりも電界の影響を受けないので、進行方向の変更量は小さく開口部１８には向かわず、そのままチャンバーＡの壁面に衝突して基板１９には到達しない。よって、電界発生手段によってエアロゾル１５の分級が可能となっている。
【００９７】
また、チャンバーＡ１７の外壁にはヒーター１６が配置されており、ネブライザー２５は、その開口部１８以外は密閉されているチャンバーＡ１７の上部に取り付けられている。
【００９８】
チャンバーＡ１７とチャンバーＢ２１は、開口部１８でエアロゾル１５が漏れないように接続されており、チャンバーＢ２１は、排気口２３以外にはキャリアガス１３が漏れないように密閉されている。
【００９９】
チャンバーＢ２１内には、ヒーター２４を内蔵した基板ホルダー２０上に基板１９が配置され、チャンバーＢ２１の上部にはチャンバーＡ１７との連絡口となる開口部１８が位置し、下部にはエアロゾル１５に含まれるキャリアガス１３が排気される排気口２３が形成されている。また、基板ホルダー２０は、基板ホルダー移動手段２０ａに支持されている。
【０１００】
なお、上述した本発明の実施の形態１による薄膜作成装置のように、本発明の実施の形態２による薄膜作成装置においても、ノズル２６に高圧電源８を接続し、ネブライザー２５を帯電用ヘッド１０に変更して帯電手段を設け、エアロゾル１５を帯電させながら噴霧し、アース２２を設けて基板１９をアースし、エアロゾル１５を基板１９に吸引してもよい。更に、キャリアガス１３ａを噴出する付加キャリアガス供給手段を設けてもよい。
【０１０１】
次に、本発明の実施の形態２による薄膜作成装置において、その薄膜作成方法を説明する。
【０１０２】
原料液タンク１ａに貯蔵された原料液１は、ポンプ２により原料液供給ライン３１を通ってネブライザー２５に導かれ、同様に、ガスタンク５０に充填されたキャリアガス１３はコンプレッサ５によりキャリアガス供給ライン３２を通ってネブライザー２５に導かれる。そして、コントローラ９は、これらの流量を制御する。
【０１０３】
ネブライザー２５に導かれた原料液１とキャリアガス１３は、ノズル２６にて混合噴霧され、エアロゾル１５が形成される。
【０１０４】
そして、噴霧されたエアロゾル１５は、１組の分級用電極板２８の間に到達し、基板方向と垂直方向の電界を受けて、小さなエアロゾル粒子３０は、粒径の大きなエアロゾル粒子２９に比べて、電界の影響を強く受け、開口部１８を介した基板１９方向に搬送される。これに対して、粒径が大きいエアロゾル粒子２９は、エアロゾル粒子３０よりも電界の影響を受けないので、進行方向の変更量は小さく開口部１８には向かわず、そのままチャンバーＡの壁面に衝突し、基板１９には到達しない。このようにエアロゾル１５は電界発生手段によって分級され、粒径が小さいエアロゾル粒子３０を選択的に基板１９の方向に導く。
【０１０５】
分級されたエアロゾル１５のエアロゾル粒子３０は、チャンバーＡ１７を覆うように取り付けられたヒーター１６で均一に加熱され、乾燥されることにより、さらに微小化されながら基板１９へと搬送されていく。
【０１０６】
そして、エアロゾル粒子３０は均一に加熱されながら開口部１８に到達し、開口部１８の形状によって乾燥状態と流れ状態を制御され、エアロゾル粒子３０は、ヒーター２４を内臓した基板ホルダー２０上の基板１９に到達する。そして、ヒーター２４によって基板１９への付着状態が制御され、堆積されていく。基板１９に成膜された薄膜は仮に微量の残留溶媒が存在したとしてもヒーター２４によって除去され、また、膜自体の固化を進行させることもできる。
【０１０７】
実施の形態２による薄膜作成装置によって成膜することにより、噴霧直後のエアロゾルよりも更に小径のエアロゾルの分布が多いエアロゾルを作り出すことができる。その後エアロゾルはヒーター１６により粒径と乾燥状態を精度よくコントロールしながら基板１９上に導かれ成膜する構造になっている。ここで更に基板１９を加熱するヒーター２４を配置してあることにより、溶媒を気化し基板１９への付着状態をコントロールしたり、基板温度を安定させることにより、膜密度などの膜質を安定させることができる。したがって、０．１μｍ、さらには０．０１μｍ程度の膜厚の薄膜を提供することができる。
【０１０８】
また、本実施の形態２においても、エアロゾルのような微粒子の状態で溶媒を気化させるが、微粒子は表面積が大きいために、その溶媒の沸点よりはるかに低い温度で溶媒が気化するという特徴を持つ。したがって、本発明に用いる溶媒として、テトラヒドロフラン、クロロホルム、ジメチルホルムアミドやジメチルスルホキシド等の有機溶媒のほか、水も使用することができる。
【０１０９】
また、原料は溶液状態（ウエット）であり、常圧で成膜できるので、真空蒸着法では成膜するのが困難である高分子材料や、熱的に不安定な有機材料を原料とする成膜にも対応できる。
【０１１０】
さらに、無機の超微粒子材料を混合、分散した溶液を用いることも可能である。この場合は無機の超微粒子材料の粒子径は、成膜しようとする薄膜の膜厚よりも小さくなければならない。粒子径と膜厚の比が好ましくは１／１０以下であれば良い。
【０１１１】
また、本実施の形態２による薄膜作成方法では、成膜しようとするエアロゾル１５が基板１９に到達すると同時に膜形成されはじめ、短時間うちに固化が完了するので、スピンコート法では困難である異なった材料の積層構造や塗り分けが可能である。しかも基板ホルダー２０をＸ、Ｙ方向に移動させることにより容易に、大面積基板に対応可能なので、真空蒸着法のように大型化によるコスト高を招くこともない。基板ホルダー２０を回転させれば、良好な膜厚分布を得ることができる。
【０１１２】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３による薄膜作成装置の概要図である。
【０１１３】
なお、本実施の形態３においても、実施の形態１，２で説明したものと同様のものには、同じ符号を付しその説明を省略する。
【０１１４】
図４において、８ａは高圧電源、１２ａは碍子である。
【０１１５】
本発明の実施の形態３による薄膜作成装置では、図４に示すように、基板１９には、碍子１２ａを介して高圧電源８ａが接続されている。これらは電位付与手段を構成する。このように基板１９に電圧を印加し、基板１９に部分的にまたは全面に電位をかけてエアロゾル１５の粒子を付着させることにより、密着力の強い薄膜を形成することができる。
【０１１６】
高圧電源８ａは、帯電したエアロゾル１５と基板１９との間で電位差が生じるように、基板１９に電位を与える。例えば、エアロゾル１５が正電荷（負電荷）に帯電していれば、基板１９は逆の電位、負（正）になるようにする。更に、エアロゾル１５が正電荷或いは負電荷の帯電であれば、基板１９をアースしてグランドの電位としてもよい。少なくとも、帯電したエアロゾル１５が基板１９との電位差によって、基板１９に引き付けられる電位が与えられればよいが、吸引力向上の観点から、互いに逆の電荷が与えられることが好ましい。
【０１１７】
このように、エアロゾル１５は帯電し、基板１９には部分的にまたは全面に電位をかけており、エアロゾル１５は基板１９との電位差によって吸引されるため、噴霧の搬送力（キャリアガス１３の搬送力）に加え、電気的吸引力が作用し、成膜レートを向上させることができる。また、エアロゾル１５を帯電させ、そのターゲットとなる基板１９に部分的にまたは全面に電位をかけて両者に電位差を与えることにより、帯電したエアロゾル１５は、そのターゲットである基板１９に吸引されるので、他の部分への付着が減少し、成膜レートが向上する。加えて、基板１９の所望の部分にのみ電位をかければ、その部分にのみエアロゾル１５の粒子を堆積させ、成膜することも可能である。
【０１１８】
そして、基板１９に部分的にまたは全面に電位をかけることにより、密着性よく成膜できるので、より精密な膜厚コントロールが可能になる。また、スプレー法による薄膜形成の初期段階は、噴霧されたエアロゾル１５と異種物質である基板１９の表面との密着による膜形成である。その後の段階では初期段階とは異なり、一旦堆積した同物質への密着堆積となる。そこで、基板１９に部分的にまたは全面に電位をかけることにより、密着性よく成膜できるので、薄膜形成の初期段階における、噴霧されたエアロゾル１５と異種物質である基板１９の表面との密着性を向上させることができるので特に好ましい。
【０１１９】
更に、成膜しながら基板１９に付与する電位を適宜調整することによって、膜厚方向の膜質、例えば、膜密度を変更することが可能となる。このことは、結果として成膜される薄膜の応力を制御できることを意味する。通常、積層される膜の熱膨張係数が異なる場合等では、両者は積層後に層間剥離を生じる問題がついて回る。しかしながら、膜密度を変更し、応力緩和した状態で膜を形成すれば、その上に、この膜と熱膨張係数の異なる膜を形成しても、既に膜の応力は緩和されており、斯様な問題は生じなくなる。そして、次に積層する薄膜の物性に合わせて、膜密度を制御していくことも自在となる。成膜しながら膜密度を変更する場合、その制御方法としては、その膜の成膜中に高圧電源８ａをＯＮ／ＯＦＦするか、電位の大きさを変更することにより可能であり、その電位付与は、薄膜形成の初期、中期、後期の任意の段階でも可能である。例えば、初期段階では基板１９との密着性を考慮した膜密度となるように、後期段階では次に積層される膜との応力を緩和できるように、電位を調整して成膜条件を制御する。
【０１２０】
なお、上述した実施の形態１による薄膜作成装置のように、本発明の実施の形態３による薄膜作成装置においても、キャリアガス１３ａを噴出する付加キャリアガス供給手段を設けてもよいし、実施の形態２による薄膜作成装置のように、分級用電極板２８等で構成される電界発生手段を設け、エアロゾル１５の分級を行ってもよい。
【０１２１】
更に、実施の形態２による薄膜作成装置のように、帯電用ヘッド１０をネブライザー２５に変更してもよい。これは、帯電手段を備えない場合であっても、噴霧されたエアロゾル１５は微粒子であるので、正負いずれかの電荷を帯びることもあるので、その場合には帯電手段は設けなくてもよい。但し、帯電させた方が成膜レート向上、基板１９との密着性が向上するのでより好ましい。
【０１２２】
次に、本発明の実施の形態３による薄膜作成装置において、その薄膜作成方法を説明する。
【０１２３】
原料液タンク１ａに貯蔵された原料液１は、ポンプ２により原料液供給ライン３１を通って帯電用ヘッド１０に導かれ、同様に、ガスタンク５０に充填されたキャリアガス１３はコンプレッサ５によりキャリアガス供給ライン３２を通って帯電用ヘッド１０に導かれる。そして、コントローラ９は、これらの流量を制御する。
【０１２４】
帯電用ヘッド１０に導かれた原料液１とキャリアガス１３は、ノズル１１にて混合噴霧され、エアロゾル１５が形成される。このとき、ノズル１１には高圧電源８によって高電圧が印加されており、エアロゾル１５の微粒子は、帯電されながら噴霧される。
【０１２５】
そして、噴霧され帯電しているエアロゾル１５は、チャンバーＡ１７を覆うように取り付けられたヒーター１６で均一に加熱され、乾燥されることにより、１０〜１０００ｎｍ程度に微小化されながら基板１９へと搬送されていく。
【０１２６】
そして、粒子を帯電させながら噴霧されたエアロゾル１５は均一に加熱されながら開口部１８に到達し、開口部１８の形状によって乾燥状態と流れ状態を制御され、エアロゾル１５は、ヒーター２４が内蔵された基板ホルダー２０上に配置され、高圧電源８ａに接続された基板１９に到達する。
【０１２７】
ここで、基板１９上の部分的にまたは全面に電位が与えられており、エアロゾル１５の粒子は基板１９に引き付けられ、より大きな付着力で付着する。そして、ヒーター２４によって基板１９への付着状態が制御され、堆積されていく。基板１９に成膜された薄膜は仮に微量の残留溶媒が存在したとしてもヒーター２４によって除去され、また、膜自体の固化を進行させることもできる。
【０１２８】
実施の形態３による薄膜作成装置によって成膜することにより、基板１９上の部分的にまたは全面に電位をかけてエアロゾル粒子を付着させることにより、密着力の強い薄膜を形成することができる。と同時に膜密度を上げることができて緻密な薄膜が形成可能である。更に基板１９を加熱するヒーター２４を配置してあることにより、溶媒を気化し基板１９への付着状態をコントロールしたり、基板温度を安定させることにより、さらに膜密度などの膜質を安定させることができる。また、噴霧初期の成膜されにくい基板表面に密着性よく成膜できるので、より精密な膜厚コントロールが可能になり、膜厚が０．１μｍ、さらには０．００５μｍ程度の薄膜を提供することができる。
【０１２９】
また、本実施の形態３においても、エアロゾルのような微粒子の状態で溶媒を気化させるが、微粒子は表面積が大きいために、その溶媒の沸点よりはるかに低い温度で溶媒が気化するという特徴を持つ。したがって、本発明に用いる溶媒として、テトラヒドロフラン、クロロホルム、ジメチルホルムアミドやジメチルスルホキシド等の有機溶媒のほか、水も使用することができる。また、原料は溶液状態（ウエット）であり、常圧で成膜できるので、真空蒸着法では成膜するのが困難である高分子材料や、熱的に不安定な有機材料を原料とする成膜にも対応できる。さらに、無機の超微粒子材料を混合、分散した溶液を用いることも可能である。この場合は無機の超微粒子材料の粒子径は、成膜しようとする薄膜の膜厚よりも小さくなければならない。粒子径と膜厚の比が好ましくは１／１０以下であれば良い。
【０１３０】
また、本実施の形態３による薄膜作成方法でも、成膜しようとするエアロゾル１５が基板１９に到達すると同時に膜形成されはじめ、短時間うちに固化が完了するので、スピンコート法では困難である異なった材料の積層構造や塗り分けが可能である。しかも基板ホルダー２０をＸ、Ｙ方向に移動させることにより容易に、大面積基板に対応可能なので、真空蒸着法のように大型化によるコスト高を招くこともない。基板ホルダーを回転させれば、良好な膜厚分布を得ることができる。
【０１３１】
（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４による薄膜作成装置の概要図である。
【０１３２】
なお、本実施の形態４においても、実施の形態１〜３で説明したものと同様のものには、同じ符号を付しその説明を省略する。
【０１３３】
図５において、４０はエアロゾル１５の粒子の付着防止膜である。
【０１３４】
本発明の実施の形態４による薄膜作成装置では、図５に示すように、チャンバーＡ１７の内壁に付着防止膜４０が形成されており、チャンバーＡ１７にエアロゾル１５が付着堆積することを防止することができる。
【０１３５】
付着防止膜４０としては、原料液１に含まれる溶媒に対する濡れ性が小さい材料で構成される。例えば、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂等の材料があげられる。なお、原料液１の溶媒が水である場合には、撥水性を示す材料で構成され、使用する溶媒によって撥油性であってもよい。即ち、原料液１に対して撥液性を示す材料であればよい。そして、これらの材料をチャンバーＡ１７の内壁にコーティングしてもよいし、これらの材料からなるフィルムをチャンバーＡ１７の内壁に貼着してもよい。
【０１３６】
なお、上述した実施の形態１による薄膜作成装置のように、本発明の実施の形態４による薄膜作成装置においても、ノズル２６に高圧電源８を接続し、ネブライザー２５を帯電用ヘッド１０に変更して帯電手段を設け、エアロゾル１５を帯電させながら噴霧してもよいし、実施の形態２による薄膜作成装置のように、分級用電極板２８等で構成される電界発生手段を設け、エアロゾル１５の分級を行ってもよく、実施の形態３による薄膜作成装置のように、基板１９に電位を与えてもよい。
【０１３７】
次に、本発明の実施の形態４による薄膜作成装置において、その薄膜作成方法を説明する。
【０１３８】
原料液タンク１ａに貯蔵された原料液１は、ポンプ２により原料液供給ライン３１を通ってネブライザー２５に導かれ、同様に、ガスタンク５０に充填されたキャリアガス１３はコンプレッサ５によりキャリアガス供給ライン３２を通ってネブライザー２５に導かれる。また、キャリアガス１３ａはコンプレッサ５によりキャリアガス供給ライン３２ａを通って、キャリアガス供給口１４から噴出される。そして、コントローラ９は、これらの流量を制御する。なお、本実施の形態４ではエアロゾル１５を形成するキャリアガス１３と、付加搬送力を与えるキャリアガス１３ａとのガスタンクやコンプレッサを共有とした場合で示しているが、実施の形態１のようにそれぞれ独立としてもよい。
【０１３９】
ネブライザー２５に導かれた原料液１とキャリアガス１３は、ノズル２６にて混合噴霧され、エアロゾル１５が形成される。
【０１４０】
噴霧されたエアロゾル１５は、エアロゾル１５を構成しノズル１１から噴霧されるキャリアガス１３の搬送力に加えて、キャリアガス供給口１４から噴出されたキャリアガス１３ａの搬送力を与えられ、基板１９方向に搬送される。
【０１４１】
そして、エアロゾル１５は、チャンバーＡ１７の外壁に取り付けられたヒーター１６で均一に加熱され、乾燥されることにより、１０〜１０００ｎｍ程度に微小化されながら基板１９へと搬送されていく。
【０１４２】
このとき、エアロゾル１５は、チャンバーＡ１７の内壁に衝突しても、付着防止膜４０によって、チャンバーＡ１７の内壁に堆積することなく、弾かれて、搬送経路へと再度導入され基板１９方向へと向かう。
【０１４３】
ここで、噴霧されたエアロゾル１５の粒子が搬送され加熱されるときには、チャンバーＡ１７の内壁表面に付着することなく、基板１９に向かって流れていく必要がある。ところで、ヒーター１６での加熱はエアロゾル１５に含まれる溶媒の沸点近傍の温度で加熱するのが適当と思われるが、仮に、チャンバーＡ１７の内壁表面温度が均一でない場合には、内壁の表面温度が低い個所にエアロゾル１５が選択的に付着していき、成膜が全くなされないことも考えられる。そこで、安定した成膜を行うためには、均一な加熱を行うことはもちろんであるが、エアロゾル１５を容器内壁にできるだけ付着させないことも重要であるので、付着防止膜４０は特に有効である。
【０１４４】
そして、噴霧されたエアロゾル１５は均一に加熱されながら開口部１８に到達し、開口部１８の形状によって乾燥状態と流れ状態を制御され、エアロゾル１５は、ヒーター２４を内臓した基板ホルダー２０上の基板１９に到達する。そして、ヒーター２４によって基板１９への付着状態が制御され、堆積されていく。基板１９に成膜された薄膜は微量の残留溶媒が存在したとしてもヒーター２４によって除去され、また、膜自体の固化を進行させることもできる。
【０１４５】
このように実施の形態４による薄膜作成装置によって成膜することにより、噴霧されたエアロゾル１５の粒径とその乾燥状態を精度よくコントロールしながら基板１９上に導いて成膜できるので、０．１μｍ、さらには０．０１μｍ程度の膜厚の薄膜を提供することができる。
【０１４６】
また、本実施の形態５においても、エアロゾル１５のような微粒子の状態で溶媒を気化させるが、微粒子は表面積が大きいために、その溶媒の沸点よりはるかに低い温度で溶媒が気化するという特徴を持つ。したがって、本発明に用いる溶媒として、テトラヒドロフラン、クロロホルム、ジメチルホルムアミドやジメチルスルホキシド等の有機溶媒のほか、水も使用することができる。また、原料は溶液状態（ウエット）であり、常圧で成膜できるので、真空蒸着法では成膜するのが困難である高分子材料や、熱的に不安定な有機材料を原料とする成膜にも対応できる。さらに、無機の超微粒子材料を混合、分散した溶液を用いることも可能である。この場合は無機の超微粒子材料の粒子径は、成膜しようとする薄膜の膜厚よりも小さくなければならない。粒子径と膜厚の比が好ましくは１／１０以下であれば良い。
【０１４７】
また、本実施の形態５による薄膜作成方法でも、成膜しようとするエアロゾル１５が基板１９に到達すると同時に膜形成されはじめ、短時間うちに固化が完了するので、スピンコート法では困難である異なった材料の積層構造や塗り分けが可能である。しかも基板ホルダー２０をＸ、Ｙ方向に移動させることにより容易に、大面積基板に対応可能なので、真空蒸着法のように大型化によるコスト高を招くこともない。基板ホルダー２０を回転させれば、良好な膜厚分布を得ることができる。
【０１４８】
なお、本実施の形態４における付着防止膜４０は、実施の形態１〜３に適用できるのは言うまでもない。
【０１４９】
（実施の形態５）
本実施の形態５においては、実施の形態１〜４で説明した薄膜形成装置と作成方法を用いて作成される一例としての有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、単に有機ＥＬ素子と言う。）について簡単に説明する。
【０１５０】
ここで、図６は本発明の薄膜作成方法を用いて作成される有機ＥＬ素子の構成例を示す概念斜視図である。
【０１５１】
図６において、３４は基板、３５は陽極、３６は正孔注入層、３７は発光領域を有する発光層、３８は陰極であり、３９は有機ＥＬ素子を示す。
【０１５２】
各構成の材料の一例をあげれば、基板３４として、ガラスや高分子フィルム等であり、陽極３５としてＩＴＯ、正孔注入層３６として、ポリチオフェン（ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙ）ｔｉｏｐｈｅｎｅ、以下、ＰＥＤＯＴと略す。）で構成される薄膜、発光層３７として、メトキシ−エチルヘキソシキ−ポリフェニレンビニレン（以下、ＭＥＨ−ＰＰＶと略す。）で構成される薄膜、陰極３８として、ＬｉＦとＡｌの積層体である。なお、なお、層構成や各構成の材料は一例であり、その他種々の層構成や構成材料を用いることができるのは言うまでもない。
【０１５３】
なお、図６に示すように、有機ＥＬ素子３９は、陽極３５と陰極３８間に電圧或いは電流を与えることにより、発光する。
【０１５４】
有機ＥＬ素子においては、従来、真空蒸着法やスピンコート法で成膜できなかった発光材料があったが、実施の形態１〜４で説明した薄膜形成装置と作成方法を用いて作成することにより、種々の発光材料を成膜することができ、機能性薄膜材料の選択性を広げることができる。更に、成膜レートの向上を図ることができる。
【０１５５】
（実施の形態６）
本実施の形態６においては、実施の形態１〜４で説明した薄膜形成装置と作成方法を用いて作成される一例としての光電変換素子について簡単に説明する。
【０１５６】
ここで、図７は本発明の薄膜作成方法を用いて作成される光電変換素子の構成例を示す概念斜視図である。
【０１５７】
図７において、３４は基板、４２は陽極、４３はバッファ層、４４は光電変換膜、３８は陰極であり、４１は光電変換素子を示す。
【０１５８】
各構成の材料の一例をあげれば、基板３４としてガラスや高分子フィルム等であり、陽極４２としてＩＴＯ、バッファ層４３としてＰＥＤＯＴ薄膜、光電変換膜４４としてＭＥＨ−ＰＰＶとＣ６０の混合膜、陰極３８としてＬｉＦとＡｌの積層体である。なお、層構成や各構成の材料は一例であり、その他種々の層構成や構成材料を用いることができるのは言うまでもない。
【０１５９】
なお、図７に示すように、光電変換素子４１は、太陽光が照射されることにより、起電力を生じる。
【０１６０】
光電変換素子においては、従来、真空蒸着法やスピンコート法で成膜できなかった光電変換材料があったが、実施の形態１〜４で説明した薄膜形成装置と作成方法を用いて作成することにより、種々の光電変換材料を成膜することができ、機能性薄膜材料の選択性を広げることができる。更に、成膜レートの向上を図ることができる。
【０１６１】
以上、実施の形態１〜５について説明したが、本発明の薄膜作成方法と作成装置で形成される薄膜としては、例えば、有機ＥＬ素子を構成する有機膜、光電変換素子を構成する有機膜の他、種々のデバイスを構成する有機、無機の薄膜の作成に適用でき、特に、従来の真空蒸着法等のドライプロセス、スピンコート法等のウェットプロセスでは成膜が困難であった材料系の成膜に好適に用いることができ、従来の成膜方法では困難であった積層構成や塗分けなどの種々の薄膜構成を有する素子の作成に好適に用いることができる。
【０１６２】
具体的には、本発明の薄膜作成方法と作成装置によれば、低分子或いは高分子の有機材料で構成される薄膜を単層、或いは、複層で形成でき、その層構成も全面積層や、部分的、局所的に積層することもでき、無機材料で構成される薄膜も同様に、単層、複層、層構成も全面積層や、部分的、局所的に積層することが可能である。そして、これら有機材料或いは無機材料で構成される薄膜を組み合わせて種々の積層構造をとることも可能となる。よって、有機薄膜、無機薄膜の組み合わせからなるデバイスの製造に好適に適用できる。
【０１６３】
また、本発明の薄膜作成方法と作成装置では、例えば、０．１μｍ、更には０．０１μｍ、０．００５μｍと言うように、十分の一μｍ、百分の一μｍ、更に、ｎｍオーダーの膜厚の薄膜を作成することができるので、有機ＥＬ素子を構成する有機膜、光電変換素子を構成する有機膜等を構成する薄膜に適用することが可能となる。
【０１６４】
なお、本発明の薄膜作成方法と作成装置で薄膜を形成するにあたり、その原料液１としては、少なくとも成膜される原材料と溶媒とで構成される溶液であって、原材料は溶媒に溶解、或いは、分散すればよく、エマルジョンやディスパージョン状態でもよい。また、原材料と溶媒が混合され、少なくともエアロゾルを形成することが可能な状態であればよい。
【０１６５】
原材料は、低分子或いは高分子の有機材料、無機材料等の種々の材料を単独、或いは、混合して用いることができる。更に、薄膜作成の観点から、原材料に無機材料を用いる場合は、その無機材料は微粒子であることが好ましく、超微粒子であれば更に好ましい。粒径が０．１μｍ以下の超微粒子を用いることによって、その粒子径に応じて、０．１μｍの膜厚、更には、０．０１μｍの薄膜を得ることができる。
【０１６６】
溶媒としては、上述したように、有機溶媒、水等の各種の液体を用いることができる。
【０１６７】
また、薄膜作成の観点から、原料液１の濃度（原材料／（原材料＋溶媒）×１００）は１重量％未満であることが好ましい。濃度を１％とすることで、エアロゾルの粒子同士の付着（凝集）を減少させることができ、粒度の揃ったエアロゾルを形成できるので、薄膜を高精度で形成できる。そして、０．１μｍの膜厚、更には、０．０１μｍ、０．００５μｍと言うレベルの膜厚の薄膜を得ることができる。
【０１６８】
なお、原料液には必要に応じて、界面活性剤や消泡剤、ｐＨ調整剤等の添加剤を含むこともできる。
【０１６９】
更に、エアロゾル１５を構成するキャリアガス１３は、成膜する膜によって種々の気体を用いることができ、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性を例示できる。また、エアロゾル１５に付加的に搬送力を与えるキャリアガス１３ａに関しても同様である。なお、これらキャリアガス１３とキャリアガス１３ａとに用いるガスの種類は同じであっても、異なっていてもよい。
【０１７０】
【実施例】
次に、本発明を実施例によって更に説明する。なお、本実施例は、本発明の特徴をさらに明らかにするために示すものであり、本発明はこれらの実施例によって制限されるものではない。
【０１７１】
（実施例１）
実施例１では有機ＥＬ素子を作成した。
【０１７２】
有機ＥＬ素子の基板としてガラス基板を用い、この基板全面にスパッタリングにて陽極となる膜厚１６０ｎｍのＩＴＯ膜を形成した後、レジスト材（東京応化社製、ＯＦＰＲ−８００）をスピンコート法により塗布して厚さ１０μｍのレジスト膜を形成し、マスク、露光、現像してレジスト膜を所定の形状にパターニングした。
【０１７３】
次に、このガラス基板を６０℃、５０％の塩酸中に浸漬して、レジスト膜が形成されていない部分のＩＴＯ膜をエッチングした後、レジスト膜も除去し長さ４０ｍｍ、幅５ｍｍ（ガラス基板サイズ＝４０ｍｍ×４０ｍｍ）の陽極を形成した。
【０１７４】
次に、このパターニング基板を、洗剤（フルウチ化学社製、セミコクリーン）による５分間の超音波洗浄、純水による１０分間の超音波洗浄、アンモニア水１（体積比）に対して過酸化水素水１と水５を混合した溶液による５分間の超音波洗浄、７０℃の純水による５分間の超音波洗浄の順に洗浄処理した後、窒素ブロアーで基板に付着した水分を除去し、さらに加熱して乾燥した。
【０１７５】
続いて、このガラス基板を図２で示した薄膜作成装置の基板ホルダー２０にセットする。チャンバーＡ１７の内壁に配置してあるヒーター１６を９０℃に保持し、基板ホルダー２０に内蔵されたヒーター２４により基板ホルダーを９０℃に保持する。開口部１８は直径５ｍｍの円とし、開口部と成膜する基板表面との距離は１０ｍｍとした。
【０１７６】
まず原料液としてＰＥＤＯＴを水に１％混合した溶液を、キャリアガス供給手段から窒素ガスを４．５Ｌ／ｍｉｎ．と共に粒子を帯電させながら噴霧し、基板上に６０ｎｍのＰＥＤＯＴ薄膜を形成した。このとき、基板ホルダー２０を開口部１８からの距離が一定になるような条件でＸ、Ｙ方向に移動させながら、ＰＥＤＯＴ薄膜の厚さが６０ｎｍになるまで、２０分噴射を続けた。
【０１７７】
次にキャリアガスのみを３Ｌ／ｍｉｎで流しながら、基板ホルダー２０に内蔵されたヒーター２４により、基板を２００℃にまで昇温し、１０分間保持する。
その後、ヒーター２４を切り、窒素ガスを流しながら基板と基板ホルダーが６０℃になるまで放置する。
【０１７８】
基板が室温まで下がったら、高分子材料であるメトキシ−エチルヘキソシキ−ポリフェニレンビニレン（ＭＥＨ−ＰＰＶ）の０．００５％テトラヒドロフラン（以下、ＴＨＦと略す。）溶液を原料液として、同様のオペレーションで窒素ガスを４０分間噴霧することで基板上に１００ｎｍのＭＥＨ−ＰＰＶ薄膜を成膜した。基板温度が室温になるまで、窒素ガスを流しながら冷却する。
【０１７９】
その後ガラス基板３４を抵抗加熱蒸着装置内に移し、２×１０−６Ｔｏｒｒ以下の真空度まで減圧した状態でＭＥＨ−ＰＰＶ薄膜上部に陽極と直交する方向に５ｍｍ幅でＬｉＦを２ｎｍ、さらに上部にＡｌを１００ｎｍ成膜することで５ｍｍ×５ｍｍの図６で示すような有機ＥＬ素子を得た。
【０１８０】
このようにして形成した有機ＥＬ素子の電気特性を測定した結果を図８と図９に示す。なお、図８は、実施例１の有機ＥＬ素子の電圧と輝度の関係を示すグラフであり、図９は、実施例１の有機ＥＬ素子の電流密度と輝度の関係を示すグラフである。発光開始電圧１５Ｖ、２２Ｖで５０ｃｄ／ｍ２、１０ｍＡ／ｃｍ２で０．７ｃｄ／ｍ２、１００ｍＡ／ｃｍ２で１０ｃｄ／ｍ２であった。
【０１８１】
さらにＰＥＤＯＴ薄膜、ＭＥＨ−ＰＰＶ薄膜単体の膜厚分布データを測定したところ、４０ｍｍ×４０ｍｍの基板内の３８ｍｍ×３８ｍｍの領域でそれぞれ±１％の範囲内に入っていた。
【０１８２】
また面粗さはセイコーインスツルメンツ社のＡＦＭ（原子間力顕微鏡）により測定したところ、１５μｍ□のエリアでＲＭＳが約８ｎｍであった。
【０１８３】
（実施例２）
実施例２では光電変換素子を作成した。
【０１８４】
まずガラス基板を、洗剤（フルウチ化学社製、セミコクリーン）による５分間の超音波洗浄、純水による１０分間の超音波洗浄、アンモニア水１（体積比）に対して過酸化水素水１と水５を混合した溶液による５分間の超音波洗浄、７０℃の純水による５分間の超音波洗浄の順に洗浄処理した後、窒素ブロアーでガラス基板に付着した水分を除去し乾燥した。
【０１８５】
次にスパッタリング法により、ガラス基板上に膜厚１６０ｎｍのＩＴＯ膜を形成した後、ＩＴＯ膜上にレジスト材（東京応化社製、ＯＦＰＲ−８００、２０ｃｐ）をスピンコート法により塗布して厚さ１０μｍのレジスト膜を形成し、８５℃で２０分間ベーキング後、所定のマスクを介して露光、さらに現像してレジスト膜のパターニングを行った。
【０１８６】
次に、このガラス基板を６０℃、５０％の塩酸中に浸漬して、レジスト膜が形成されていない部分のＩＴＯ膜をエッチングした後、レジスト膜も除去し長さ４０ｍｍ、幅５ｍｍ（ガラス基板サイズ＝４０ｍｍ×４０ｍｍ）のＩＴＯ膜を形成した。
【０１８７】
続いて、このガラス基板を実施例１と同様に図２で示した薄膜作成装置にセットし、まずＰＥＤＯＴを水に１％分散させた原料液を窒素ガスと共に噴霧し、基板上に６０ｎｍのＰＥＤＯＴ薄膜を形成した。次に原料液をジエチルエーテルにＭＥＨ−ＰＰＶを０．０１ｗｔ％溶解、フラーレンＣ６０を０．０５ｗｔ％分散させた混合溶液に変え、同様に窒素ガスで噴霧することで基板上に１００ｎｍのＭＥＨ−ＰＰＶとＣ６０の混合膜（光電変換膜）を成膜した。
【０１８８】
その後ガラス基板を抵抗加熱蒸着装置内に移し、２×１０−６Ｔｏｒｒ以下の真空度まで減圧した状態で光電変換層上部に陽極と直交する方向に５ｍｍ幅でＬｉＦを２ｎｍ、さらに上部にＡｌを１００ｎｍ成膜することで陰極を形成し、図７で示すような５ｍｍ×５ｍｍの光電変換素子を得た。
【０１８９】
このようにして形成した光電変換素子の電気特性を測定した結果を図１０に示す。なお、図１０は、実施例２の光電変換素子の電気特性を示すグラフである。
【０１９０】
このように未修飾のフラーレンを電子受容性材料として用いた光電変換素子においても、開放端電圧＝０．７０Ｖ、短絡電流＝４．５ｍＡ／ｃｍ２、フィルファクター＝０．５０の高効率な変換特性を得ることができた。なお照射条件はＡＭ１．５である。
【０１９１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、スピンコート法ではできない塗り分け（パターニング）が、容易に可能であり、大面積基板に対して真空蒸着法のように、装置の大型化によるコスト高を招くこともない。
【０１９２】
よって、本発明は、真空蒸着法やスピンコート法で成膜できなかった発光材料、光電変換材料等の材料を成膜することができ、電子デバイスに用いる機能性薄膜材料の選択性を広げることができるとともに、高性能の電子デバイスの作成を可能とする薄膜の作成方法と作成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による第１の薄膜作成装置の概要図
【図２】本発明の実施の形態１による第２の薄膜作成装置の概要図
【図３】本発明の実施の形態２による薄膜作成装置の概要図
【図４】本発明の実施の形態３による薄膜作成装置の概要図
【図５】本発明の実施の形態４による薄膜作成装置の概要図
【図６】本発明の薄膜作成方法を用いて作成される有機ＥＬ素子の構成例を示す概念斜視図
【図７】本発明の薄膜作成方法を用いて作成される光電変換素子の構成例を示す概念斜視図
【図８】実施例１の有機ＥＬ素子の電圧と輝度の関係を示すグラフ
【図９】実施例１の有機ＥＬ素子の電流密度と輝度の関係を示すグラフ
【図１０】実施例２の光電変換素子の電気特性を示すグラフ
【符号の説明】
１  原料液
１ａ  原料液タンク
２  ポンプ
３，６，６ａ  レギュレータ
４，７，７ａ  流量計
５，５ａ  コンプレッサ
８，８ａ  高圧電源
９  コントローラ
１０  帯電用ヘッド
１１  ノズル
１２，１２ａ  碍子
１３，１３ａ  キャリアガス
１４  キャリアガス供給口
１５  エアロゾル
１６  ヒーター
１７  チャンバーＡ
１８  開口部
１９  基板
２０  基板ホルダー
２０ａ  基板ホルダー移動手段
２１  チャンバーＢ
２２  アース
２３  排気口
２４  ヒーター
２５  ネブライザー
２６  ノズル
２７  碍子
２８  分級用電極板
２９，３０  エアロゾル粒子
３１  原料液供給ライン
３２  キャリアガス供給ライン
４０  付着防止膜
５０，５０ａ  ガスタンク
【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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