(57)【要約】【課題】  蒸発材料の化学構造が維持された有機薄膜を、長時間安定して形成することが可能な成膜方法を提供する。【解決手段】  鏡を反射した光が蒸着材料全面を順次走査できるように鏡あるいは蒸発源を可動させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を蒸発源に載置された蒸着材料に照射することで蒸着材料を加熱蒸発させ被成膜基板に所望の薄膜を堆積させる成膜方法において、成膜室内に導入した光を反射し蒸発材料に照射する為の鏡が、前記蒸着材料が前記の鏡表面から脱離できる温度以上に加熱され、且つ前記の鏡で反射された光が前記蒸着材料の表面全体を順次走査できるよう前記鏡の方向が可変か、又は前記蒸発源が移動可能か又は前記鏡と前記蒸発源の両方が可動可能であることを特徴とした成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源やディスプレイ、その他の発光光源に用いられる有機エレクトロルミネッセンス素子の発光材料の薄膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機薄膜形成方法としてはウェットプロセスとドライプロセスが知られている。
【０００３】
この内ウェットプロセスには、溶媒の毒性の問題や溶媒の乾燥の問題がある。また、ポリアルデヒド等のような溶媒に対する溶解度が低く、適当な溶媒の無い有機物については、ウェットプロセスでは薄膜形成は不可能である。更に、ウェットプロセスでは、薄く且つピンホールフリーの薄膜形成が難しい。
【０００４】
これに対し、ドライプロセスではプラズマ重合法、有機化合物をスパッタする方法などがある（特許文献１）。ドライプロセスはウェットプロセスに比べてより薄くかつピンホールフリーに薄膜形成ができる等の利点を有する。しかし、これらの方法に於いては電子衝撃により有機化合物が著しく破壊されてしまう。その為、形成した薄膜は科学量論的な、即ち構造単位の不明確な無定形状態をとなり、原料の化学構造はほとんど維持されない。又、一般に、スパッタによる薄膜形成は成膜速度が遅いという欠点を有している。更に、有機化合物のスパッタやプラズマ重合により基板上に重合物を形成する場合、３次元架橋した重合物が生成しやすく、レジストなどへの応用に於いては意図した感光性が得られない。また、ルツボ等の容器に蒸発材料を入れ抵抗加熱により容器全体を加熱し、この熱で蒸発材料を蒸発させ被薄膜形成基板上に堆積させる、と言った一般的な真空蒸着法がある。この方法では金属等溶融を経て蒸発する材料においては溶融後ルツボ内で蒸発材料が対流をするため材料の温度分布が均一になり蒸発材料の上面部分から安定した蒸発が継続し、被成膜基板上に安定して堆積し薄膜形成が行われる。しかし、溶融を経ずに蒸発する昇華性材料においてはルツボ内にある蒸着材料のうちルツボ壁面に位置する部分とルツボ中心部に位置する部分の材料では温度に不均一性が生じる。この結果、高温部に位置する材料が蒸発・ガス化するが低温部に位置する材料は固体状態を維持する。そして部分的に蒸発・ガス化した蒸着材料は固体状態の材料を押しのけるようにルツボ開口部から放出される。この現象は不安定に発生するため微少規模の爆発に似た物で突沸と呼ばれピンホール発生や薄膜堆積速度のばらつきの原因となっている。
【０００５】
一方、レーザー光を用いた真空蒸着法が知られている。この技術としては、「有機薄膜形成方法」特許文献２、「レーザー光または強光を用いた成膜装置」特許文献３が知られている。これらはいずれも真空装置外部に光源を持ち、真空装置内に透光性の窓を通して光を導入し蒸発源の表面に照射するものである。この方式では蒸着材料は光が照射された表面部分のみ加熱され蒸発するため、前述した昇華性の材料に於いても蒸発・ガス化した成分が固体成分を押しのけ放出されると言った突沸が生じにくく有効な方式である。
【特許文献１】特願昭５７−１１６７７１号公報
【特許文献２】特公昭６３−３８４２４号公報
【特許文献３】特開平１−１７７３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これら光照射による加熱を用いた方式では、蒸着材料の分解や反応について考察され効率よく良質の薄膜形成が目指されている。しかし、従来の方法に於いてはいずれも光の導入用窓が蒸発源から直視できる位置に配されることが必要となる。特に前述の「レーザー光または強光を用いた成膜装置」特許文献３においてはレーザー光をターゲット全面に走査させるためのミラーがターゲットと被薄膜形成基板の中間に位置する事が必須の条件となっている。この結果、光導入用窓及びミラー表面には蒸着物質の堆積が避けられず長時間の成膜には不向きとなる。更に、光導入用窓及びミラー表面に堆積した蒸着物質の光吸収により、所望の波長域の光が減衰し光全体の強度を同じに設定しても異なる波長域の光が蒸発源に照射されることになり、その結果、蒸発する材料の成分が不均一になるという問題をも内在する。
【０００７】
本発明の目的は蒸発材料の化学構造が維持された有機薄膜を、長時間安定して形成することが可能な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】
【０００８】
本発明による成膜方法は、光源と、この光源からの光を導入するための光導入窓を有する成膜室と、成膜室内に導入された光を蒸発源表面に反射させる鏡と、蒸着源表面に照射された光が蒸着源表面全体を走査できるための手段と、鏡を蒸発材料の真空中での沸点以上の温度に加熱する手段を有する事を特徴としている。
【０００９】
蒸発源となる蒸着材料表面に真空装置の外部から光を取り込み鏡によって反射させ表面全体を走査しつつ照射する。この時、外部から導入する光は装置内部に設置された鏡によって蒸発源に導かれるため、光導入用窓は蒸着源から光学的に遮蔽された位置に設置することが可能となる。そして、鏡によって反射された光が蒸発源表面に照射され蒸着材料を加熱・蒸発させるが、蒸発成分の１部は鏡の反射面にも到達する。しかし、鏡が蒸発材料の真空中での沸点以上の温度に加熱されることで、鏡表面に到達した蒸着材料は速やかに再蒸発し鏡表面に蒸着材料が堆積し続けることはない。鏡の加熱方法は、一定温度を維持するようにしても、鏡表面に付着した蒸着材料の膜厚により適宜加熱昇温するようにしてもどちらでも良い。更に、この鏡に反射された光が蒸発源表面全体を走査することで、蒸発源の表面は常に平面を維持し蒸発した蒸着材料の堆積分布が変化することも無い。また、光が蒸着材料表面を走査する手段は鏡の回転運動のみに頼るのではなく蒸着源が鏡に対し運動する事で等で実現しても良い。
【００１０】
蒸発源を加熱するための光は蒸着材料に効率よく吸収される物であれば可視光域のものでもＦ２、ＡｒＦ２，ＫｒＦと言ったエキシマレーザー等でも良く、また連続発振でもパルス発振いずれでも良いが、蒸着材料である有機物の分解を伴う物は向いていない。光導入用窓は導入する光に対し透明な材質であれば良い。鏡は反射する光を効率よく反射する物が好ましい。
【００１１】
本発明に於いて、光を蒸発源に導く為に必要があれば上述以外のレンズ、ミラー等の光学系をもちいることが可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の方法によれば、蒸着材料が分解しない波長・強度の光を蒸着材料から光学的に陰になる位置に設置した窓から導入し、鏡に反射させ蒸着材料に照射する事で蒸着材料を蒸発させ基板上に成膜する成膜方法に於いて前記の鏡を蒸着材料の真空内での蒸発温度以上に加熱することで、長時間に渡り鏡の反射面・光導入用の窓に蒸着物質による曇りを生じさせることなく安定した成膜を可能にすることができる。また、長時間の繰り返し成膜において成膜膜厚の安定性・基板内膜厚分布均一性に於いても良好な成膜が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１に本発明の実施例を図示した。本実施例では蒸着材料はＡｌｑ３（アルミキリノール錯体）をガラス基板上に蒸着した。図中バルブ：１を介して真空ポンプ：２が真空チャンバー：３に接続されており、真空チャンバー：３内が高真空領域に真空排気される。この真空チャンバー：３内に被成膜基板：４と蒸着材料：５が載置された蒸発源：６と鏡：７がある。被成膜基板にはφ１００ｍｍ・厚さ０．５ｍｍの合成石英製円板を用いた。蒸着材料はφ１００ｍｍ・深さ５ｍｍの円筒形状の蒸着源に蒸発面が平らになるように載置した。蒸着源と被成膜基板は２００ｍｍの間隔で平行に配置した。蒸発源を加熱するための光は１パルス５００ｍＪのＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）を用いた。レーザー光源：８、光学系：９が真空チャンバー：３の外部に設置されている。レーザー光源：８から照射されたレーザー光:１０が光学系：９でビーム状に収束され光導入窓：１１を通って真空チャンバー：３内に導入され、鏡：７で反射され蒸着材料：５の表面に到達する。真空チャンバー：３内に導入されたレーザー光:１０は鏡：７で反射され光軸方向を変えるため、光導入窓：１１は蒸発源表面から光学的に遮蔽された部位に設置されている。この時、鏡：７は加熱されている。また、鏡：７は図示していない駆動系により図中の回転軸：１２・１３に従って回転運動が可能であり、鏡：７で反射されたレーザー光：１０は蒸着材料：５の表面全体を走査できる。成膜中の膜厚及び成膜速度は被成膜基板：４に隣接して設置した水晶振動子を用いた膜厚モニター：１４で測定した。
【００１５】
まず、蒸着材料：５となるＡｌｑ３を蒸着源：６に平らになるように載置し、また被成膜基板：４を設置する。次にバルブ：１を開きポンプ：２で真空チャンバー：３を真空排気する。真空チャンバー：３内の圧力が１０Ｅ−６ｐａ台になったら鏡：７をＡｌｑ３の真空中での蒸発温度より高い４００℃に加熱する。鏡：７の温度が安定した後、図示した２つの回転軸に沿って鏡：７をレーザー光:１０が図示したごとく蒸着材料：５の表面全体を走査するように運動させる。次にレーザー光源：８を点灯し、蒸着材料：５の表面にレーザー光１０を照射した。膜厚モニター：１２上で膜厚５００ｎｍ成膜し成膜を終了した。成膜に関与したレーザー光：１０は約３０００パルスだったので１パルスあたり約０．１７ｎｍの成膜速度だった。この基板と従来の抵抗加熱によるヒーターボードを利用して同じ膜厚にＡｌｑ３を蒸着した基板をフォトルミネッセンスで比較した所ほぼ同じ発光特性を示し、本実施例による成膜に於いて化学構造は満足に維持されていた。また、鏡：７の表面を観察した所、Ａｌｑ３の付着は見あたらず本発明による加熱の効果が得られていることが判った。更に光導入窓：１１の真空チャンバー：３側表面にもＡｌｑ３の付着が生じていなかった。
【００１６】
また、基板内の膜厚分布を測定した所、基板中心部が最も厚く基板端部が薄い同心円形状であったが中心部：約５００ｎｍに対し端部：約４９０ｎｍと非常に良い均一性を得られた。
【実施例２】
【００１７】
以下、本発明の別の実施例を説明する。本実施例は長時間の安定性を検討したものである。実施系の構成は「実施例１」と同様であるが、真空チャンバー：３に更に別の真空チャンバー：１５（以後、ロードロック室と呼ぶ）が接続されていて真空チャンバー：３とはゲートバルブ：１６で接続されている。ロードロック室：１５には独立した真空排気系及び基板搬送システム：１７が接続されている。
【００１８】
まず、真空チャンバー３内が充分に真空排気された後、ロードロック室：１５内の基板搬送システム：１８に被成膜基板：４を載置する。次にバルブ：１８を開けポンプ：１９でロードロック室：１５内を１０Ｅ−５Ｐａ台まで真空排気する。その後、ゲートバルブ：１６を開けロードロック室：１５内の基板搬送システム：１７に載置されている被成膜基板：４を成膜室に導入し基板保持ホルダー：２０に載置し、基板搬送システムはロードロック室：１５に戻り、ゲートバルブ：１６を閉じ成膜準備が終了する。成膜条件は「実施例１」と同じとした。
【００１９】
被成膜基板：４への成膜が終了後ゲートバルブ：１６を開け基板搬送システム：１７が真空チャンバー：３内に導入され図示していない基板保持ホルダーから被成膜基板：４を受け取りロードロック室：１５に戻る。その後、ゲートバルブ：１６を閉じ図示していないガス導入系より反応性の無い窒素ガスをロードロック室：１５に大気圧まで導入し、被成膜基板：４を取り出す。以後、上記と同様に新たな被成膜基板：４をロードロック室：１５内の基板搬送システム：１８に載置し成膜工程を繰り返す。
【００２０】
以上の工程を２０回繰り返した後、各基板に成膜されたＡｌｑ３薄膜の膜厚及びフォトルミネッセンスを測定した。この結果、膜厚は５００±７０ｎｍ以内で推移しフォトルミネッセンス発光特性もほぼ同じ発光特性を示し安定した成膜が長時間に渡りできたことが確認された。また、光導入窓：１１と鏡：７の表面を観察した所Ａｌｑ３の付着は見あたらず本発明に於ける鏡加熱の効果が有効であることが確認された。
【００２１】
また、実施例１と同様に基板内の膜厚分布を測定した所、全ての基板に渡り非常に良い均一性を得られた。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例１に用いた成膜装置の概略構成を示す。
【図２】実施例２に用いた実験装置の概略構成を示す。
【符号の説明】
【００２３】
１  バルブ
２  ポンプ
３  真空チャンバー
４  被成膜基板
５  蒸着材料
６  蒸着源
７  鏡
８  光源
９  光学系
１０  レーザー光
１１  光導入窓
１２  鏡回転軸
１３  鏡回転軸
１４  膜厚モニター
１５  ロードロック室
１６  ゲートバルブ
１７  基板搬送システム
１８  バルブ
１９  真空ポンプ
２０  基板保持ホルダー
【図１】
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【図２】
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