(57)【要約】【課題】成膜対象物にダメージを与えずに薄膜を形成する。【解決手段】本発明によれば、蒸着材料５に電子ビーム２５を照射し、蒸気の放出量が十分に大きくなったところで、電子ビーム２５の放射を停止する。電子ビーム２５の放射を停止した後、成膜対象物である積層体１１を移動させ、蒸気が到達する成膜位置８で静止させると、余熱により発生する蒸気が積層体１１に到達し、その表面に薄膜が形成される。このとき、電子ビームは照射されていないので、紫外線のようなエネルギー線が発生しておらず、成膜中に積層体１１がダメージを受けることがない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸着材料に電子ビームを照射して前記蒸着材料の蒸気を発生させ、前記蒸気を成膜対象物表面に到達させて、前記成膜対象物表面に薄膜を形成する成膜方法であって、
蒸気の放出が開始された後も電子ビームの照射し、蒸気の放出量を開始時よりも増大させた後、前記電子ビームの照射を停止し、
次いで、前記蒸着材料の蒸気が到達する成膜位置に前記成膜対象物を移動させる成膜方法。
【請求項２】
前記成膜位置で前記成膜対象物の表面に前記薄膜を形成した後、前記成膜対象物を前記蒸気が到達しない退避位置に移動させ、成膜を終了させる請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】
前記成膜対象物を、前記成膜位置と前記退避位置との間で複数回移動させ、前記成膜位置で前記電子ビームの照射の停止後前記蒸着材料から放出される蒸気で前記薄膜を形成する請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の成膜方法。
【請求項４】
前記退避位置は前記成膜位置と同じ真空槽内に配置された請求項２又は請求項３のいずれか１項記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜の成膜方法の技術分野に関し、特に、有機ＥＬ装置や半導体装置の成膜技術分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、有機ＥＬ装置の成膜方法には、蒸着材料を加熱して蒸気を発生させ、該蒸気を成膜対象物に到達させる蒸着法が用いられている。
蒸着法のうち、蒸着材料に電子ビームを照射して蒸気を発生させるＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ）蒸着法は、抵抗加熱法等他の蒸着方法に比べて、加熱能力が高い、成膜可能な蒸着材料の種類が多い、量産性が高い、純度の高い薄膜が得られるなどの種々の利点がある。
【０００３】
しかし、ＥＢ蒸着法で成膜を行うと、成膜中、蒸気の他に数ｋｅＶの非常に高いエネルギーを持った反跳電子や、数ｅＶ以上のエネルギーを持った２次電子や、イオンや、電子を材料に照射することによって発生する紫外線やＸ線等の種々の電磁波が発生する。
従って、有機ＥＬ装置や半導体装置の電極膜をＥＢ蒸着法で形成する場合、上述したような電磁波により、成膜中に装置本体がダメージを受ける場合がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記課題を解決するためのものであり、その目的は、装置本体にダメージを与えずに薄膜を形成する技術を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願発明者等は、従来のＥＢ蒸着の成膜速度を調べたところ、例えば、図４のグラフのようにＥＢ照射を停止した時刻Ａを過ぎても成膜速度は直ちにゼロにならないことがわかった。
その理由を調査したところ、余熱により蒸気の発生が続くため、余熱により蒸気の発生が続くためであることが判明した。
【０００６】
電子ビームを停止した後は電磁波は発生しないので、余熱により発生する蒸気で成膜を行えば、成膜速度は遅くなるが、成膜対象物がダメージを受けることなく成膜を行えると考えられる。
【０００７】
かかる知見にもとづいてなされた請求項１記載の発明は、蒸着材料に電子ビームを照射して前記蒸着材料の蒸気を発生させ、前記蒸気を成膜対象物表面に到達させて、前記成膜対象物表面に薄膜を形成する成膜方法であって、蒸気の放出が開始された後も電子ビームの照射し、蒸気の放出量を開始時よりも増大させた後、前記電子ビームの照射を停止し、次いで、前記蒸着材料の蒸気が到達する成膜位置に前記成膜対象物を移動させる成膜方法である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の成膜方法であって、前記成膜位置で前記成膜対象物の表面に前記薄膜を形成した後、前記成膜対象物を前記蒸気が到達しない退避位置に移動させ、成膜を終了させる成膜方法である。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の成膜方法であって、前記成膜対象物を、前記成膜位置と前記退避位置との間で複数回移動させ、前記成膜位置で前記電子ビームの照射の停止後前記蒸着材料から放出される蒸気で前記薄膜を形成する成膜方法である。
請求項４記載の発明は、請求項２又は請求項３のいずれか１項記載の成膜方法であって、前記退避位置は前記成膜位置と同じ真空槽内に配置された成膜方法である。
【０００８】
本発明は上記のように構成されており、蒸気の放出が開始された後も電子ビームの放射を続けると蒸気の放出量が大きくなり、成膜速度が増大する。
その成膜速度が、例えば１０〜１２ｎｍ／秒に達したところでＥＢガンを停止すると、成膜速度は低下するが、すぐにはゼロにならないので、成膜位置に配置された成膜対象物の表面に薄膜が形成される。
【０００９】
成膜に要する時間は作業効率の観点から短いほど望ましく、許容できる時間を設定成膜時間とすると、設定成膜時間内で薄膜を形成する必要がある。
電子ビーム停止後に成膜可能といっても、成膜速度がある程度以下まで落ちると、膜厚の増加は見込めないので、成膜を終了させる必要がある。その成膜速度の下限を最低成膜速度Ｓ０とし、成膜開始時の成膜速度を開始速度Ｓ１とすると、成膜速度が開始速度Ｓ１から最低成膜速度Ｓ０まで降下するまでに要求膜厚を形成する。
【００１０】
図５は、一旦開始速度Ｓ１以上に成膜速度を上昇させ、電子ビームの照射を停止し、成膜速度を降下させたときの成膜速度と時間との関係を示すグラフである。
電子ビームの照射を停止した時間をｔ０とし、成膜対象物を退避位置から成膜位置へ移動し、成膜位置で静止させたときの時間をｔ１とし、成膜対象物を成膜位置から退避位置へ戻す時間をｔ２とすると、成膜時間はｔ２−ｔ１となる。
【００１１】
例えば、成膜開始速度Ｓ１のときに、所定の成膜時間ｔ２−ｔ１で所望膜厚の薄膜が形成されるとすると、予めその成膜開始速度Ｓ１以上になるのに要する時間を測定し、その時間を加熱時間として設定しておけば、成膜速度や蒸気の発生量を測定しなくても、電子ビームを設定された加熱時間照射するだけで、所望膜厚の薄膜を形成することができる。
【００１２】
また、成膜位置に膜厚センサーを設置しておき、膜厚センサーにより測定される成膜速度が、成膜速度開始以上になったときに、電子ビームの照射を停止して、成膜対象物を成膜位置へ移動させ、最低成膜速度Ｓ０以下になったときに成膜対象物を退避位置へ移動させることで、予め必要な加熱時間を求めておかなくても、成膜対象物を効率良く成膜することができる。
【００１３】
膜厚を、成膜時間内に得られる膜厚よりも大きくしたい場合、成膜時間が経過し、最低成膜速度Ｓ０よりも成膜速度が低下した後、薄膜が形成された成膜対象物を一旦退避位置へ退避させる。その状態で電子ビームの照射を開始し、所定の加熱時間電子ビームを照射して蒸気の放出量を増大させた後、再び電子ビームの照射を停止して成膜対象物を成膜位置に戻せば、同じ成膜対象物に同じ蒸着材料の薄膜が形成されるので、結果として膜厚の大きい薄膜が形成されることになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）の符号１は本発明の成膜方法に用いられる成膜装置を示している。この成膜装置１は真空槽２と、ＥＢガン３と、容器６と、防着板１６と、基板ホルダ７とを有している。
容器６は、真空槽２内の底壁側に配置されており、天井側には基板ホルダ７が配置され、防着板１６は真空槽２内の基板ホルダ７と容器６との間の位置に配置されている。
【００１５】
容器６には予め蒸着材料５が入れられており、容器６の開口は真空槽２の天井側に向けられている。ＥＢガン３は真空槽２内の容器６の近傍位置に配置されている。ＥＢガン３は真空槽２外に配置された不図示の電源に接続されており、真空槽２は接地電位に置かれている。
【００１６】
容器６を接地電位に置いた状態で電源を起動し、ＥＢガン３の放射口から電子ビームを放射させる。図１（ｂ）は電子ビーム２５が放射された状態を示しており、電子ビーム２５はＥＢガン３の中に設置された不図示の電磁石によって偏向され、蒸着材料５に電子ビーム２５が照射され、昇温する。
【００１７】
蒸着材料５が溶融温度又は昇華温度以上の温度である所定温度に加熱されると、蒸着材料５の蒸気が発生し、該蒸気は、蒸着材料５から天井側に位置する防着板１６の方向に向けて直線状に放射される。
【００１８】
防着板１６は容器６の真上位置に開口１７を有しており、蒸着材料５から放出された蒸気のうち、真上方向に飛行した蒸気２２ａは開口を通過し、防着板１６よりも上方であって、真空槽２の容器６の真上に位置する部分に到達するようになっている。
このとき、蒸着材料５から斜め方向に放出された蒸気２２ｂは直線状に飛行して防着板１６の表面に衝突し、防着板１６よりも上方には到達できない。
【００１９】
図１には防着板１６の開口１７真上の蒸気が到達する位置である成膜位置８が示しており、同図の符号９は蒸気が到達しない位置である退避位置を示している。
基板ホルダ７には不図示の移動機構が設けられており、この移動機構を動作させると、基板ホルダ７は天井近傍位置で水平移動し、成膜位置８と退避位置９で静止できるようになっている。
【００２０】
この成膜装置１を用いて有機ＥＬ装置を製造する工程について説明する。
容器６内に蒸着材料を配置しておき、真空槽２に接続された不図示の真空ポンプを起動し、真空槽２内に所定圧力の真空雰囲気を形成しておく。
【００２１】
真空槽２には不図示の搬入室が接続されており、基板ホルダ７を予め退避位置９で静止させておき、予め所定圧力の真空雰囲気が形成された搬入室と真空槽２とを接続し、搬入室内に配置された不図示の搬送ロボットにより、成膜対象物として、後述する板状の積層体１１を真空槽２内に搬入し、その成膜すべき面を底壁側に向けて、基板ホルダ７に保持させる。図１（ｂ）は積層体１１を基板ホルダ７に装着させた状態を示している。
【００２２】
次に、ＥＢガン３を起動し、電子ビームの照射を開始すると、蒸着材料５が昇温し、蒸着材料５の蒸気が発生し始める。
このとき、蒸気と共に紫外線のようなエネルギー線も放出されるが、蒸気とエネルギー線は防着板１６によって遮蔽され、退避位置９にある積層体１１に到達しない。従って、積層体１１が退避位置９にある限りはエネルギー線によってダメージを受けることがない。更に照射を続けると、蒸着材料５の蒸気発生量が増える。
【００２３】
照射開始から所定加熱時間だけ経過し、蒸気の発生量が規定値以上に大きくなったところで、電子ビーム２５の照射を終了すると、蒸着材料５の温度はすぐには低下せず、蒸気の発生が維持される。
その状態で積層体１１を基板ホルダ７と共に水平移動し、図２（ｃ）に示すように、成膜位置８で静止させると、積層体１１の表面に、真上方向に飛行した蒸気２２ａが到達し、薄膜が成長し始める。このとき、紫外線のようなエネルギー線は発生していないので、積層体１１がダメージを受けることがない。
【００２４】
電子ビーム２５の照射を停止した後は、蒸着材料５の温度は徐々に低下し、蒸気の発生量が低くなる。電子ビーム２５の停止から所定の成膜時間だけ経過し、成膜速度が規定値以下になったところで、それ以上薄膜は形成されないものと考え、積層体１１を退避位置９まで退避させ、成膜を終了させた後、搬送ロボットにより積層体１１を真空槽２から取り出す。
【００２５】
図３の符号５０は積層体１１の表面に、金属材料の薄膜である金属膜５７が形成された有機ＥＬ装置を示している。積層体１１は、ガラス基板５１と、透明導電膜５２と、第一、第二の有機薄膜５３、５４と、電子注入バッファー層５６とを有しており、ガラス基板５１と、透明導電膜５２と、第一、第二の有機薄膜５３、５４と、電子注入バッファー層５６はこの順番で積層されている。
【００２６】
金属膜５７は電子注入バッファー層５６の表面に上述した工程で成膜されており、この金属膜５７をカソード電極とし、透明導電膜５２をアノード電極とし、これらの電極５２、５７の間に電圧を印加すると、第一、第二の有機薄膜５３、５４の界面付近で電子とホール（正孔）が結合して光５９が発生し、その光５９が透明導電膜５２とガラス基板５１を透過して外部に放射されるようになっている。
【００２７】
例えばパッシブ型の有機ＥＬ装置５０では、透明導電膜５２と金属膜５７とを直線状に複数本ずつ形成し、互いに直交するように配置しておくと、電圧を印加する透明導電膜５２と、金属膜５７を選択し、電流を流すと、選択された透明導電膜５２と金属膜５７が交差する部分が発光する。従って、電流を流す透明導電膜５２と金属膜５７とを選択することで、文字や図形等の所望の情報を表示することができる。
【００２８】
【実施例】
ガラス基板５１の表面に、透明導電膜５２であるＩＴＯ（インジウム錫酸化物）の薄膜を形成し、ホール輸送性能を有する膜厚５００ｎｍ以下の第一の有機薄膜５３と、電子輸送体と発光体を兼ねる膜厚１００ｎｍ以下の第二の有機薄膜５４と、膜厚３０ｎｍ以下の電子注入バッファー層５６を順次積層して積層体１１を形成した。
【００２９】
ここでは、真空槽２内の成膜位置８に膜厚センサーを配置し、容器６内に蒸着材料としてアルミニウムを配置しておき、成膜速度を測りながら、パワー８００Ｗの条件で電子ビームを照射し、成膜速度が１０ｎｍ／秒以上になるまで照射を行った後電子ビームを停止し、その後、上述した積層体１１を成膜位置８に配置し、アルミニウム膜を積層体１１に形成し、有機ＥＬ装置５０を作製した。
【００３０】
上述した工程で作製された有機ＥＬ装置５０を実施例とし、実施例の有機ＥＬ装置５０の、透明導電膜５２と、金属膜５７との間に印加する電圧の大きさを変えて有機ＥＬ装置５０を発光させた。各電圧印加時における輝度と、透明導電膜５２と金属膜５７間を流れる電流の密度とを測定した。また、測定された輝度を電流密度で除し、有機ＥＬ装置５０の発光効率を求めた。
【００３１】
図７に電圧と輝度の関係を示し、図８に電圧と電流密度との関係を示し、図９に電圧と発光効率との関係を示す。
また、図７〜図９の符号Ｅ１〜Ｅ３はそれぞれ実施例の有機ＥＬ装置５０を用いたグラフを示しており、図７〜図９の符号Ｃ１〜Ｃ３は比較例の有機ＥＬ装置を用いた場合のグラフである。
【００３２】
尚、比較例の有機ＥＬ装置としては、抵抗加熱法を用いて実施例の有機ＥＬ装置５０における金属膜と同じ膜厚の金属膜を形成したものを用いた。
図７、図８を見ると、実施例と比較例とでは、輝度と電流密度にほぼ差がなく、また、図９から、実施例の有機ＥＬ装置５０は比較例に比べて発光効率がやや優れていることがわかる。
【００３３】
このように、本発明の成膜方法により金属膜５７を形成した有機ＥＬ装置５０は、従来の成膜方法で金属膜を形成した場合と同等か、それ以上の性能を有することがわかった。
実施例と比較例の有機ＥＬ装置５０の外観を比較すると、比較例の有機ＥＬ装置にはダークスポットと呼ばれる黒色変色部分が見られたのに対し、実施例の有機ＥＬ装置にはダークスポットが見られなかった。
【００３４】
このことから、本発明の成膜方法によれば、性能の良い有機ＥＬ装置５０をダメージなく製造できることがわかる。
以上は、１回の加熱により薄膜を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３５】
以下に、本発明の成膜方法について説明する。
図６は、上述した成膜装置１を用いて複数枚の積層体１１を連続成膜するときの成膜速度と時間との関係を示すグラフである。
【００３６】
前の積層体１１の成膜が終了した時刻ａから、時刻ｂ１が経過するまでに、成膜が終了した積層体１１を真空槽２外へ搬出し、新たな積層体１１を真空槽２内へ搬入し、退避位置９で静止させ、電子ビーム２５を照射によって成膜速度を開始速度以上にする。
時刻ｂ１が過ぎ、成膜速度が開始速度以上になったところで、電子ビーム２５の照射を停止した後、積層体１１を成膜位置８へ移動させ、薄膜を形成する。
【００３７】
所定の成膜時間Ｔｂが経過し、積層体１１を退避位置９へ戻し、薄膜の形成を一旦終了させる。成膜速度が最低成膜速度に達したところで、再び電子ビーム２５の照射を開始し、成膜速度が開始速度以上になる時刻ｂ２を経過したところで、電子ビーム２５の照射を停止し、積層体１１を再び成膜位置８へ移動させる。
【００３８】
この工程を繰り返し、薄膜の膜厚が十分に大きくなったところで、積層体１１を退避位置９から真空槽２外に取り出し、次の積層体１１を搬入する。
このように、１枚の積層体１１に対し、２回以上の成膜工程を繰り返すことで、膜厚の大きい薄膜を形成することができる。また、成膜対象物である積層体１１を同じ真空槽２内で移動させて成膜を行うので、複数回成膜工程を繰り返しても、積層体１１が外気で汚染されることがない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、成膜時に紫外線等のエネルギー線が発生しないので、成膜対象物がダメージを受けることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）：本発明の成膜方法の工程の前半を説明する断面図
【図２】（ｃ）：本発明の成膜方法の後半を説明する断面図
【図３】本発明により製造された有機ＥＬ装置の一例を示す断面図
【図４】従来のＥＢ蒸着の成膜速度と時間との関係を示すグラフ
【図５】電子ビームの照射を停止する前後の成膜速度と時間との関係を示すグラフ
【図６】膜厚の大きい薄膜を形成する場合の成膜速度と時間との関係を示すグラフ
【図７】電圧と輝度との関係を示すグラフ
【図８】電圧と電流密度との関係を示すグラフ
【図９】電圧と発光効率との関係を示すグラフ
【符号の説明】
１……成膜装置　　２……真空槽　　３……ＥＢガン　　１１……成膜対象物（積層体）　　８……成膜位置　　９……退避位置
【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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