(57)【要約】【課題】成膜制御性に優れ、かつパッキングデンシティが高い膜を形成することができるようにする。【解決手段】  ホスト材としての第１有機前駆物質材料４を成膜する反応装置１０は真空蒸着法を適用したものとする。蒸気化装置８０にてゲスト材としての第２有機前駆物質材料６を蒸気化させ、ガス精製装置９４から供給される不活性キャリアガス７と混合し、この混合蒸気８を配管８７を通して反応装置１０内に導入する。配管８９の経路上にマスフローコントローラ９０を取り付ける。第２有機前駆物質材料６の反応装置１０内へ導入量をマスフローコントローラ９０により制御することでドーピングの濃度制御を行なう。高速かつ高精度の成膜が可能な真空蒸着法によりホスト材を基板Ｗに付着し、また濃度制御性に優れたＯＶＰＤ法によりゲスト材を基板Ｗに付着する。ホスト材については真空蒸着法の利点を享受でき、ゲスト材についてはＯＶＰＤ法の利点を享受できる。【選択図】図１
2005029885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発させた材料を基板に付着させることで前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
第１の前駆物質材を真空蒸着法により前記基板に供給し、かつ、
第２の前駆物質材を気相法により前記基板に供給する
ことを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項２】
前記第１と前記第２の各前駆物質材として、同じ物質を使用する
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成方法。
【請求項３】
前記第２の前駆物質材の一方として、前記第１の前駆物質材と同じ物質を使用しつつ、
前記第２の前駆物質材の他方として、前記第１の前駆物質材と異なる物質を使用する
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成方法。
【請求項４】
前記第１と前記第２のそれぞれ一方の前駆物質材として、第１の物質を使用しつつ、
前記第１と前記第２のそれぞれ他方の前駆物質材として、前記第１の物質とは異なる物質を使用する
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成方法。
【請求項５】
前記第１の前駆物質材は前記基板上に成膜されるホスト材であり、
前記第２の前駆物質材は前記ホスト材に混合されるゲスト材である
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成方法。
【請求項６】
前記第１の前駆物質材は、有機前駆物質である
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成方法。
【請求項７】
前記第２の前駆物質材を、不活性ガスを用いて、前記真空蒸着法が適用される成膜炉内に導入する
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成方法。
【請求項８】
前記不活性ガスとして、窒素、アルゴン、水素、ヘリウム、ネオン、クリプトン、およびキセノンからなる群から選択する
ことを特徴とする請求項７に記載の薄膜形成方法。
【請求項９】
前記第２の前駆物質材の前記成膜炉内に導入される流量を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成方法。
【請求項１０】
前記前駆物質材の前記基板への蒸着の度合いを監視しながら、前記流量を制御する
ことを特徴とする請求項９記載の薄膜形成方法。
【請求項１１】
蒸発させた材料を基板に付着させることで前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
第１の前駆物質材を真空蒸着法により前記基板に供給する成膜炉と、
第２の前駆物質材を蒸気化させる蒸気化装置と、
前記蒸気化装置により蒸気化された前記第２の前駆物質材を前記成膜炉に導入する配管と
を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１２】
前記蒸気化装置は、開口部を有するとともに前記第２の前駆物質材を収容する開口容器と、
当該開口容器を実質的に取り巻く加熱機構部と、
を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の薄膜形成装置。
【請求項１３】
前記第２の前駆物質材を輸送するための不活性ガスを前記蒸気化装置に供給する不活性ガス供給部
を備え、
前記蒸気化装置により蒸気化された前記第２の前駆物質材と前記不活性ガス供給部から供給された前記不活性ガスとを混合し、この混合された混合蒸気を前記配管を介して前記成膜炉内に導入する
ことを特徴とする請求項１１に記載の薄膜形成装置。
【請求項１４】
前記不活性ガス供給部は、前記不活性ガスとして、窒素、アルゴン、水素、ヘリウム、ネオン、クリプトン、およびキセノンからなる群のうちの、少なくとも１つのガスを前記蒸気化装置に供給する
ことを特徴とする請求項１１に記載の薄膜形成装置。
【請求項１５】
前記第２の前駆物質材の前記成膜炉内に導入される流量を制御する流量制御部
を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の薄膜形成装置。
【請求項１６】
前記流量制御部は、前記不活性ガス供給部から前記蒸気化装置に前記不活性ガスを供給するための配管の一部に設けられたマスフローコントローラを有して構成されている
を備えたことを特徴とする請求項１５に記載の薄膜形成装置。
【請求項１７】
前記前駆物質材の前記基板への蒸着の度合いを監視する監視部を備え、
前記流量制御部は、前記監視部からの監視結果を参照して、前記流量を制御する
ことを特徴とする請求項１５に記載の薄膜形成装置。
【請求項１８】
前記成膜炉は、
開口部を有するとともに前記第１の前駆物質材を収容する開口容器と、
当該開口容器を実質的に取り巻く加熱機構部と、
前記開口容器の前記開口部と略対向する位置にて前記基板を保持する保持機構部と、
外部に設けられた真空ポンプと接続される排気管と
を備えていることを特徴とする請求項１１に記載の薄膜形成装置。
【請求項１９】
前記成膜炉内において、前記配管の先端が、前記開口容器を挟んで、実質的に前記排気管とは反対側に配置されている
ことを特徴とする請求項１８に記載の薄膜形成装置。  
【請求項２０】
前記配管の先端が、前記開口容器の近傍まで延在している
ことを特徴とする請求項１９に記載の薄膜形成装置。
【請求項２１】
前記成膜炉内において、前記配管の先端が、前記保持機構部に保持されている前記基板の近傍まで延在している
ことを特徴とする請求項１８に記載の薄膜形成装置。
【請求項２２】
前記成膜炉内の、前記開口容器と前記加熱機構部と有する蒸着源は、長尺状に形成されており、
前記蒸気化装置により蒸気化された前記第２の前駆物質材を前記成膜炉に導入する配管の先端には、前記第２の前駆物質材を含むガスを長尺状に、かつ前記蒸着源の長尺方向と略平行に導出する導出端が設けられており、
さらに、
前記蒸着源の長尺方向と直交する方向に、前記蒸発源および前記導出端と前記基板とを相対的に移動させる移動機構部と、
前記基板に付着させた前駆物質材の膜厚を計測する膜厚計測部と、
前記膜厚計測部の計測結果に基づいて、前記移動機構部による相対的な移動速度を制御する移動速度制御部と
を備えることを特徴とする請求項１１に記載の薄膜形成装置。
【請求項２３】
前記導出端は、
先端に、前記長尺方向に沿って複数の開口部が形成され、
前記配管側から前記複数の開口部に向かって前記第２の前駆物質材を含むガスを導く通気路が形成されている
ことを特徴とする請求項２２に記載の薄膜形成装置。
【請求項２４】
前記蒸気化装置と前記配管とを複数備えている
ことを特徴とする請求項１７に記載の薄膜形成装置。
【請求項２５】
前記蒸気化装置の一方は、前記第２の前駆物質材の一方として、前記第１の前駆物質材と同じ物質を蒸気化させ、
前記配管の一方は、前記一方の蒸気化装置により蒸気化された前記一方の第２の前駆物質材を前記成膜炉に導入し、
前記蒸気化装置の他方は、前記第２の前駆物質材の他方として、前記第１の前駆物質材と異なる物質を蒸気化させ、
前記配管の他方は、前記他方の蒸気化装置により蒸気化された前記他方の第２の前駆物質材を前記成膜炉に導入する
ことを特徴とする請求項２４に記載の薄膜形成装置。
【請求項２６】
前記成膜炉は、開口部を有するとともに前記第１の前駆物質材を収容する開口容器および当該開口容器を実質的に取り巻く加熱機構部を複数有する
ことを特徴とする請求項２４に記載の薄膜形成装置。
【請求項２７】
前記加熱機構部のそれぞれは、前記第１の前駆物質材として、それぞれ異なる物質を蒸気化させ、
前記蒸気化装置の一方は、前記第２の前駆物質材の一方として、前記第１の前駆物質材の一方と同じ物質を蒸気化させ、
前記配管の一方は、前記一方の蒸気化装置により蒸気化された前記一方の第２の前駆物質材を前記成膜炉に導入し、
前記蒸気化装置の他方は、前記第２の前駆物質材の他方として、前記第１の前駆物質材の他方と同じ物質を蒸気化させ、
前記配管の他方は、前記他方の蒸気化装置により蒸気化された前記他方の第２の前駆物質材を前記成膜炉に導入する
ことを特徴とする請求項２６に記載の薄膜形成装置。
【請求項２８】
前記第１の前駆物質材は前記基板上に成膜されるホスト材であり、
前記第２の前駆物質材は前記ホスト材に混合されるゲスト材である
ことを特徴とする請求項１１に記載の薄膜形成装置。
【請求項２９】
前記第１の前駆物質材は、有機前駆物質である
ことを特徴とする請求項１１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３０】
基板上に薄膜が形成されてなる半導体デバイスであって、
第１の前駆物質材が真空蒸着法により前記基板に供給され、かつ、第２の前駆物質材が気相法により前記基板に供給されることで、前記第１の前駆物質材中に前記第２の前駆物質材がドーピングされており、
膜厚方向に対して正確なドーピング濃度変調を備えた構造を有している
ことを特徴とする半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜形成方法および薄膜形成装置、並びに半導体デバイスに関する。より詳細には、たとえば有機電界発光素子（有機ＥＬ素子：ＥＬはエレクトロルミネッセンスの略）の製造に用いて好適な、蒸発材料を被蒸着部材に付着する蒸着技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、平面型の表示装置として、有機ＥＬ素子を用いたものが注目されている。有機ＥＬ素子を用いた表示装置（有機ＥＬディスプレイ）は、バックライトが不要な自発光型のディスプレイであるため、視野角が広い、消費電力が少ないなどの利点を有している。
【０００３】
このような有機ＥＬディスプレイに用いられる有機ＥＬ素子は、一般に、有機材料からなる有機層（有機ＥＬ層）を上下から電極（陽極および陰極）で挟み込んだ構造となっている。そして、陽極に正の電圧、陰極に負の電圧をそれぞれ印加することにより、有機層に対して、陽極から正孔を注入する一方、陰極から電子を注入することにより、有機層で正孔と電子が再結合して発光する仕組みになっている。
【０００４】
有機ＥＬ素子の有機層は、通常、正孔（ホール）注入層、正孔輸送層、発光層、電荷注入層などといった３〜５層の積層構造となっている。各々の層を形成する有機材料は、耐水性が低くてウェットプロセスを利用できない。そのため、たとえば、低分子とポリマーの両方をベースとする有機層を形成する場合は回転蒸着法を採用している。ポリマーベースのデバイスは、回転蒸着法により簡単で安価に製造できる一般的利点を有する。
【０００５】
これに対し、低分子によるデバイスは、図９に概略構成図を示すように、真空薄膜形成技術を利用した真空蒸着法により、有機電界発光素子の素子基板（通常はガラス基板）に各層を順に形成して所望の積層構造を得ている。この真空蒸着法は、成膜チャンバ２１１内を、たとえば約１０＾−３（“＾”はべき乗を示す）〜１０＾−４パスカル（Ｐａ）程度の比較的高い状態とし、このような真空中において、抵抗加熱などを用いた加熱源２２０を制御して有機原料２０４を坩堝２１４内で蒸発させ、保持ベース２１５の蒸発源２３０に対向する位置に基板板Ｗを配置し、この基板Ｗ上へ蒸発有機物２０４ａを堆積させることによって薄膜化するプロセスである。
【０００６】
真空蒸着法は、通常回転蒸着よりも高価な方法であるが、高い真空度で薄膜形成するのでパッキングデンシティ（充填密度）が高い薄膜を形成することができ、ピンホールが少ない有機ＥＬ素子を作製することが可能である利点を有する。また、比較的簡便な装置構成で高速レートでの製造が実現でき、生産性が高い。
【０００７】
なお、有機膜の形成に際しては、発光効率の向上や寿命の向上あるいは薄膜状態の安定化など、有機膜の特性を向上させるため、メイン材料であるホスト（HOST）材とは異なるゲスト（Guest ）材を添加材料としてドーピングする手法が用いられている。ここで、真空蒸着法においてドーピングを行なう場合には、通常、ホスト材とゲスト材とを同時に真空蒸着させる共蒸着といわれる手法が採られている。
【０００８】
しかしながら、真空蒸着による有機ドーピングは、ドーピング濃度の制御性が悪いという問題がある。その主な理由は、分解能が低い膜厚計２１７で計測した成膜レートに基づいてドーピング濃度を換算しているため、ドーピング濃度制御性は膜厚計の分解能に大きく依存する点にある。
【０００９】
たとえば、蒸着時の膜厚モニタとしては、水晶振動子を用いた方法が広く使われている。水晶振動子は、一定の周波数で振動しているが、これに蒸着による膜が付着すると、振動子の質量変化により振動周波数が変化する。この変化をモニタすることで膜厚を測定することができる。しかしながら、膜厚計として一般的に用いられている水晶振動式膜厚計のレート計測精度はせいぜい０．１Å／ｓ程度であるので、たとえば成膜レートが２Å／ｓのホスト材へのゲスト材ドーピングを１±０．１ｖｏｌ％の精度で行なうためには、ゲスト材の成膜レート精度を０．０２±０．００２ｖｏｌ％で行なう必要がある。しかしながら、上述のように水晶振動式膜厚計での計測精度では不十分である。
【００１０】
加えて、蒸発源２３０から蒸発させた有機材料２０４の蒸着速度を検出し、この検出結果に基づいて蒸発源２３０からの有機材料２０４の蒸発量を制御する、レート制御と呼ばれる方法が採用される。ここで、このレート制御においては、蒸発源２３０の熱源となる加熱源２２０の出力を調整することにより、有機材料の蒸発量を制御している。
【００１１】
しかしながら、一般に、有機ＥＬ素子の製造に用いられる有機材料は熱効率が悪く、蒸着温度も比較的低温であるため、加熱源２２０にかかる熱量を変化させたときに、実際に加熱源２２０の熱が有機材料に伝わって蒸着速度に変化が現れるまでに長い時間がかかる。したがって、蒸着速度を制御するときの応答性（レート制御性）が悪く、有機材料の膜厚を安定的に制御することが困難である。
【００１２】
たとえば、有機材料は、粉状原料であり均一加熱が難しく、さらに原料容器が真空雰囲気中に配置されるため  急速に加熱したり急速に冷却することが困難であり、蒸発源の加熱温度を変えたときの蒸発速度の変化速度が遅いので、成膜速度が不安定であるという欠点を有する。また、蒸着速度を変化させてから、所望のレベルで蒸着速度が安定するまでの間は、基板Ｗを投入することができないため、その間に高価な有機材料を無駄に消費することになり、商品のコストアップの要因となる。
【００１３】
これに対して、気相堆積法を有機薄膜に適用した有機気相蒸着法(Organic Vapor Phase Deposition ；ＯＶＰＤ法）を使用する手法が提案されている。ＯＶＰＤ法は、著しく異なった蒸気圧を持つ材料を制御して同時蒸着することができる。また、蒸着膜の膜厚制御は、原料加熱温度制御の他に、気体化された有機材料の流量制御により原料の供給量を制御することもでき、この流量制御は高精度かつ高速に実現でき、真空蒸着法に比べてレート制御性や膜厚制御性が良好である。ゲスト材のドーピング量の制御に関しても同様である。このように、ＯＶＰＤ法は、高温不活性ガスと有機蒸気を、たとえば混合室内で十分に混合し温度の均一性を高めることによって温度安定性を確保し、制御が容易なガス流量をコントロールすることにより、安定した成膜速度を実現できる。
【００１４】
しかしながら、ＯＶＰＤ法は、大気圧近傍で行なわれ、大気圧またはその近くで成長する膜は粗く、気相核生成および拡散律速成長過程により不均一な表面形態を有する問題がある。また、ＯＶＰＤ法は、原料輸送に大量ガスを用いるために、成膜チャンバ内の真空度が悪く、たとえば数１０パスカルの低真空化において有機膜が形成されるために、蒸発分子が低真空化に存在するガスに衝突することにより蒸発粒子が有する運動エネルギーが低くなるので、膜基板上での粒子拡散が不十分となり、緻密な膜が得られることが困難となる、あるいは低真空化に存在するガスが膜内部に巻き込まれることにより膜が粗となるなどの弊害がある。
【００１５】
ＯＶＰＤ法における前記の問題を解消する技術として、低圧有機気相蒸着法（ＬＰＯＶＰＤ法）が、たとえば特許文献１に提案されている。この特許文献１に記載の技術は、たとえば図１０（特許文献１の図１と同様）に示すような装置を用いて、減圧下で原料ガスをキャリアガスを用いて基体へ運び、基体上でガスが凝縮して膜形成が行なわれる有機膜形成方法である。また、著しく異なる蒸気圧をもつ有機材料を反応管内に導入して同時蒸着することで、多成分系薄膜の各成分量を正確精密に制御できる有機薄膜形成方法である。このＬＰＯＶＰＤ法では、たとえば、数１０〜数１００パスカル程度の比較的低い真空中において、抵抗加熱などにより蒸発気化させた有機原料ガスを不活性キャリアガスと混合させ、その混合ガスをシャワーヘッドを通して輸送され基板上で有機物が堆積し薄膜化する。
【００１６】
【特許文献１】特表２００１−５２３７６８号公報
【００１７】
たとえば、図１０では、坩堝１４に第１有機前駆物質材料が入っており、反応管１２の一方の端部２０に近い管３６内に配置され、不活性キャリアガスの調節した流れ３０を、管３６を通って反応室中へ送り、それにより第１有機前駆物質の蒸気を反応管１２に沿ってその排出端の方へ流す。また、第２有機前駆物質材料６が収容されているバブラー４６から、気泡として配管５４を通って第２有機前駆物質４８の蒸気を反応炉１２中へ運ぶ。こうすることで、多成分系薄膜の各成分量を正確精密に制御できる有機薄膜形成方法で異なる特性を持つ有機材料を基体５８に成膜する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、ＬＰＯＶＰＤ法で滑らかな表面性を有する有機膜を形成するには、有機膜の結晶化やさらには結晶粒成長などを避けなければいけない。このため、高温原料ガスの輸送に伴う基板温度上昇を極力抑制し、膜形成時には室温付近にあるいは少なくとも結晶化温度以下に基板温度を維持しなければならない。したがって、ＬＰＯＶＰＤ法は、基板温度の制御が困難であり、複雑な機構の基板ホルダを必要とする。
【００１９】
また、ＬＰＯＶＰＤ法は、膜形成圧力が数１０〜数１００パスカル程度の低真空のプロセスであるため、薄膜がガスを巻き込むことによってパッキングデンシティが低いポーラスな（隙間の多い）膜が形成されやすい。このため、ボイドやピンホールが多く、膜の機械強度が弱い、電気的特性が悪い、基板との付着力が低いなど、信頼性が低い膜が形成されやすいという欠点を有する。
【００２０】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、蒸着膜の成膜制御性に優れ、しかもパッキングデンシティが高い膜を形成することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
すなわち、本発明に係る薄膜形成方法は、蒸発させた材料を基板に付着させることで基板上に薄膜を形成する方法であって、第１の前駆物質材を真空蒸着法により基板に供給するととともに、第２の前駆物質材を気相法により基板に供給することとした。
【００２２】
また、本発明に係る薄膜形成装置は、前記本発明に係る薄膜形成方法を実施するのに好適な装置であって、第１の前駆物質材を真空蒸着法により基板に供給する成膜炉と、第２の前駆物質材を蒸気化させる蒸気化装置と、蒸気化装置により蒸気化された第２の前駆物質材を成膜炉に導入する配管とを備えるものとした。
【００２３】
また従属項に記載された発明は、本発明に係る薄膜形成方法および装置のさらなる有利な具体例を規定する。
【００２４】
たとえば、第１の前駆物質材と第２の前駆物質材とは、たとえば有機薄膜を蒸気前駆物質の反応により基板上に蒸着されるものなどである。ここで、「反応」とは、前駆物質反応物が明確な反応生成物を形成する化学反応を意味するか、または別法としてそれは前駆物質材料の組合せまたは混合物を単に意味するか、または前駆物質材料が供与体・受容体、またはゲスト・ホストの関係を形成する場合を意味する。
【００２５】
また、第１と第２の各前駆物質材として同一の物質を使用してもよい。こうすることで、所定の物質の薄膜形成を真空蒸着法とＯＶＰＤ法の同時成膜とすることができる。また、第１の前駆物質材と第２の前駆物質材の一方として同一の物質を使用しつつ、第２の前駆物質材の他方として第１の前駆物質材とは異なる物質を使用してもよい。こうすることで、所定の物質の薄膜形成を真空蒸着法とＯＶＰＤ法の同時成膜としつつ、さらに別の物質をＯＶＰＤ法で導入する（たとえばドーピングする）ことができる。
【００２６】
また、第１と第２の各前駆物質材の一方として第１の物質を使用しつつ、第１と第２の各前駆物質材の他方として第１の物質とは異なる物質を使用してもよい。こうすることで、所定の物質の薄膜形成を真空蒸着法とＯＶＰＤ法の同時成膜としつつ、さらに別の物質を真空蒸着法とＯＶＰＤ法により高濃度で導入する（たとえばドーピングする）ことができる。
【００２７】
配管を通して第２の前駆物質材を成膜炉に導入する際には、輸送ガスとして不活性ガスを用いるのがよい。また、第２の前駆物質材を成膜炉に導入する場合、その流量を、たとえば配管の一部にマスフローコントローラを設けることで制御するとよい。また、前駆物質材の基板への蒸着の度合いを監視する監視部を成膜炉内に設けておき、その監視結果を参照してＯＶＰＤ法のガス流量制御を行なうようにしてもよい。こうすることで、第２の前駆物質材の導入量を高精度に管理でき、たとえば第１の前駆物質材への第２の前駆物質材のドーピング濃度を高精度に調整することや、第１と第２の各前駆物質材として同一の物質を使用する場合には膜厚を高精度に調整することができる。
【００２８】
蒸気化装置から成膜炉内に導入される配管の設置位置や形状は、第１および第２の前駆物質の組合せまたは混合物を基板に付着させることや、複数の前駆物質の化学反応物を基板に付着させることや、前駆物質材料を供与体・受容体またはゲスト・ホストの関係を形成することなどを考慮して決めるとよい。
【００２９】
また、大型基板への対応のため、第１の前駆物質材を収容する開口容器と加熱機構部と有する蒸着源を長尺状に形成してライン型蒸発源とするとともに、蒸気化された第２の前駆物質材を成膜炉に導入する配管の先端に、第２の前駆物質材を含む混合ガスを長尺状に、かつ蒸着源の長尺方向と略平行に導出する導出端を設けるとよい。
【００３０】
また、蒸着源の長尺方向と直交する方向に、蒸発源および導出端と基板とを相対的に移動させる移動機構部と、基板に付着させた前駆物質材の膜厚を計測する膜厚計測部と、膜厚計測部の計測結果に基づいて移動機構部による相対的な移動速度を制御する移動速度制御部とを備えるものとするのがよい。
【００３１】
また、成膜対象となる基板をキャリアに搭載し、複数のライン型蒸発源に対して相対移動させることで、大面積の基板上に複数の前駆物質材を連続成膜する、いわゆるインライン方式の装置構成としてもよい。
【００３２】
また、本発明に係る半導体デバイスは、正確なドーピング濃度変調を備えた構造を有しているものとする。このような構造は、前記本発明に係る薄膜形成装置を用いて製造することで構成される。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係る上記構成においては、第１の前駆物質材は真空蒸着法で、また第２の前駆物質材は気相法で、それぞれ基板に供給することとした。こうすることで、第１の前駆物質材については真空蒸着法の利点を享受し、第２の前駆物質材については気相法の利点を享受し得るようにした。
【００３４】
こうすることで、高速かつ高精度の成膜が可能な真空蒸着法により第１の前駆物質材料を基板に付着し、また濃度制御性に優れたＯＶＰＤ法により第２の前駆物質材料を真空蒸着法を適用する成膜炉内に導入することができる。このため、第１の前駆物質材料については真空蒸着法の利点を享受でき、また第２の前駆物質材料についてはＯＶＰＤ法の利点を享受できるようになった。
【００３５】
これにより、第２の前駆物質材料の濃度制御性に優れるとともに、第１および第２の前駆物質材料や、第１および第２の各前駆物質材料の化学反応物については、パッキングデンシティが高い、高性能の薄膜を基板上に形成することができるようになった。
【００３６】
また、第２の前駆物質材料として第１の前駆物質材料と同じ物質を使用することで、真空蒸着法で、この物質の薄膜を所定の基板上に形成しつつ、同時にＯＶＰＤ法で補足的に同一材料を成膜することにより、真空蒸着法と同等の膜密度を有するとともに、成膜安定性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
＜第１実施形態＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３８】
図１は、本発明に係る薄膜形成装置を適用した半導体製造装置の第１実施形態を示す概略図である。この半導体製造装置１は、真空蒸着法を適用する反応装置１０内に、ＯＶＰＤ法を適用するための蒸気化装置８０側から第２有機前駆物質材料６を含んだ混合蒸気８が導入されるように構成されている。このような構成により、たとえば第１有機前駆物質材料４としてのホスト材を真空蒸着法で、第２有機前駆物質材料６としてのゲスト（GEST）材をＯＶＰＤ法で有機膜形成を行なうことによって、有機膜のドーピング濃度制御性に優れかつパッキングデンシティが高い膜を形成することができるようにしている。以下、具体的に説明する。
【００３９】
反応装置１０は、成膜チャンバ（反応室）１１を備える。この成膜チャンバ１１は、たとえば、所定の直径および長さを持つ適当な大きさを有する円筒である。この成膜チャンバ１１は、ガラスまたは石英のような適当な材料から作られている。
【００４０】
成膜チャンバ１１内の図中下部には開口容器の一例としての坩堝１４を有し、坩堝１４の上部（開口部１４ａ側）に、被蒸着部材としての基板Ｗを図示しない基板ホルダにより保持する基板保持ベース１５と、基板Ｗに蒸着された第１有機前駆物質材料４および第２有機前駆物質材料６の膜厚を計測する水晶式膜厚計１７とを有する。
【００４１】
成膜チャンバ１１内に置かれている坩堝１４の周囲には、蒸着材料となる第１有機前駆物質材料４を蒸発させるための図示しない加熱源が設けられ、全体として、蒸発源が構成されるようになっている。加熱源は、たとえば電熱線で構成されたヒータであり、温度測定器および温度制御器（何れも図示せず）により温度制御が可能となっている。坩堝１４は、たとえばカーボン、チタン、タンタルなどの熱伝導率のよい素材で構成され、第１有機前駆物質材料４を入れるための耐熱性の容器であり、蒸発させるホスト（HOST）蒸着源材料としての第１有機前駆物質材料４が収容されている。坩堝１４の温度制御により、坩堝１４内の第１有機前駆物質材料４の熱分解または蒸発を与えることになる。
【００４２】
第１有機前駆物質材料４についての膜厚制御は、たとえば、水晶式膜厚計１７で蒸発源（真空蒸着源）１３０から蒸発した第１有機前駆物質材料４の蒸着速度を計測し、水晶式膜厚計１７でモニタした有機材料の蒸着速度が一定になるよう、蒸発源１３０の温度を調整する、レート制御と呼ばれる方法を採用するとよい（たとえば本願出願人による特願２００３−１７７０号を参照）。このレート制御においては、蒸発源１３０の熱源となる加熱源の出力を調整することにより、第１有機前駆物質材料４の蒸発量を制御することで、第１有機前駆物質材料４の膜厚が所定値となるようにする。なお、図のような構成では、第２有機前駆物質材料６も水晶式膜厚計１７上に付着するので、この第２有機前駆物質材料６を含んだ膜厚が計測されるが、微量ドープの場合には、この第２有機前駆物質材料６の影響は無視することができる。
【００４３】
この半導体製造装置１において、薄膜を蒸着する基板Ｗは、半導体および光学デバイスを製造する場合に一般に使用される材料から選択されるのが典型的である。たとえば、そのような材料には、ガラス、石英、珪素、砒化ガリウムおよび他のIII−Ｖ半導体、アルミニウム、金および他の貴金属および卑金属、ポリマー膜、二酸化珪素および窒化珪素、インジウム錫酸化物などが含まれる。高品質の光学的薄膜のためには、蒸着した有機膜と結晶性相互作用を与えてエピタキシャル成長を起こす基体を用いるのが好ましい。そのようなエピタキシャル成長を達成するためには、蒸着すべき膜と同様な結晶構造を有する非極性有機物で基体を被覆することが必要である。
【００４４】
さらに、有機薄膜を基板Ｗ上に真空蒸着する場合、基板Ｗの温度を制御することが好ましい。この基板Ｗの温度の独立した制御は、たとえば、水、ガス、フレオングリセリン、液体窒素などの物質を循環させるためのチャンネルを有する温度制御ブロックを基板Ｗと接触させることにより達成する。本例では、基板保持ベース１５を温度制御ブロックとして構成することで実現し得る。なお、基板Ｗは、基板Ｗの近くに配置した抵抗または輻射線加熱器を使用することにより加熱することもできる。
【００４５】
基板保持ベース１５は、成膜チャンバ１１の上部に設けられた基板回転機構部１６に取り付けられて、全体として回転試料ホルダとして構成されており、基板保持ベース１５に保持されている基板Ｗを、基板保持ベース１５と一体的に回転させるようになっている。つまり、反応装置１０は、回転蒸着法が適用できるようになっている。
【００４６】
成膜チャンバ１１の一方の側壁（図中左側）には、この成膜チャンバ１１の外部へ気体を排気するための排気管１９が設けられ、他方の側壁（図中左側）にはＯＶＰＤ源をなす蒸気化装置８０側から成膜チャンバ１１の内部に延びる配管８７が設けられている。排気管１９と配管８７との配置位置関係は、基板Ｗおよび坩堝１４を挟んで対向した状態にする。こうすることで、排出端８７ａから注入される混合蒸気８に含まれている第２有機前駆物質材料６と坩堝１４からの第１有機前駆物質材料４とが基板Ｗ上で丁度よく混合され基板Ｗに共蒸着されるようになる。
【００４７】
なお、図に示した基本的な構成例では、配管８７の排出端８７ａの位置を蒸発源１３０の近くに設定しており、蒸発源１３０から発せられる第１有機前駆物質材料４の材料ガス４ａと配管８７を通して導入される第２有機前駆物質材料６の材料ガス６ａとが混合されて基板Ｗに付着される。これにより、第１有機前駆物質材料４からなるホスト材（母体材料）の有機層に、第２有機前駆物質材料６が添加材料として混合される。
【００４８】
ただし、このような配置は一例であって、たとえば図中点線で示すように、成膜チャンバ１１の下部から成膜チャンバ１１内に配管８７の排出端８７ａを導入するようにしてもよい。この場合においても、排出端８７ａは、蒸発源１３０を挟んで排気管１９側とは反対側となるようにするとよい。また、排気管１９の位置は、成膜チャンバ１１の側面に限らず、たとえば、図中点線で示すように、成膜チャンバ１１の上部（図の例では基板回転機構部１６の駆動軸を通して）に設けてもよい。何れの場合も、蒸発源１３０から発せられる第１有機前駆物質材料４の材料ガス４ａと配管８７を通して導入される第２有機前駆物質材料６の材料ガス６ａとが混合されて基板Ｗに付着されるのは、図示した基本的な構成と同じである。
【００４９】
また、配管８７の排出端８７ａを基板Ｗの近傍に配置してもよい。この場合、蒸発源１３０から発せられる第１有機前駆物質材料４が、材料ガス４ａとして基板Ｗに到達し基板Ｗに付着される過程において、これとほぼ同時に、配管８７を通して導入される混合蒸気８内の第２有機前駆物質材料６が基板Ｗに付着されることで、第１有機前駆物質材料４からなるホスト材（母体材料）の有機層に、第２有機前駆物質材料６が添加材料として混合（ドーピング）される。
【００５０】
何れの配置形態を採るのが好ましいかは、一概に言えない。ホスト材としての第１有機前駆物質材料４とゲスト材としての第２有機前駆物質材料６の化学的特質やそれによる蒸着あるいはドーピングのメカニズムの違い、並びに、結果生成物である有機膜の性能などを考慮して決めるとよい。
【００５１】
排気管１９には、図示しないトラップ、真空ポンプ、および制御スロットルバルブが取り付けられ、成膜チャンバ１１内に形成される原料蒸気室が、原料以外の分子を排気および減圧保持できる減圧システムとなるようにしている。基板Ｗ上に蒸着しなかった有機蒸気の殆どは、真空ポンプより上流に配置されたトラップ中で凝縮する。トラップには、たとえば液体窒素または中性フルオロカーボンオイルが収容される。スロットルバルブは成膜チャンバ１１中の圧力を調節する。適当な圧力ゲージを反応器に取り付け（図示せず）、反応器中に希望の圧力を維持するように制御スロットルバルブに電気的フィードバックを掛ける。
【００５２】
たとえば真空ポンプは、成膜チャンバ１１中に約１０＾−３〜１０＾−２パスカル（Ｐａ）の圧力を与える。受容体層、供与体層、および単一成分層の如何なる組合せに対しても、実際の圧力は、第１有機前駆物質材料４を蒸発するために必要な温度、第１有機前駆物質材料４や第２有機前駆物質材料６の凝縮を防ぐ壁温度、および反応領域温度勾配などを考慮して決定する。圧力の最適選択は、各蒸着される有機層の要件に応じ設定される。
【００５３】
反応装置１０の図中右側に設けられた蒸気化装置８０は、加熱炉８２と、この加熱炉８２を取り巻くように設けられた加熱機構部８３とを備える。加熱炉８２内には、開口容器の一例としての坩堝８５を収容した内部炉８４が設けられている。内部炉８４内に置かれている坩堝８５には、ゲスト（GEST）蒸着源材料としての第２有機前駆物質材料６が収容されている。
【００５４】
坩堝８５は、実質的に、内部炉８４を収容した加熱炉８２を取り巻く加熱機構部８３により加熱または冷却される。坩堝８５の温度制御により、坩堝８５内の第２有機前駆物質材料６の熱分解または蒸発を与えることになる。
【００５５】
内部炉８４の一方の側壁（図中左側）には、反応装置１０の成膜チャンバ１１内に伸びた配管８７が設けられ、この配管８７の経路上には切替バルブ８６が取り付けられている。切替バルブ８６には、配管８７だけでなく、予備流し用の配管８８も取り付けられている。切替バルブ８６を配管８８側にして混合蒸気８の流量が安定するまでの間は予備流し用の配管８８を通して外部に排気し、流量が安定した時点で切替バルブ８６を配管８７側に切り替えることで、高精度のドーピング量の制御が可能となる。
【００５６】
内部炉８４の他方の側壁（図中右側）には、蒸気化装置８０の外部に設けられたキャリアガス源としてのガス精製装置（不活性ガス供給部）９４に延びるように、第２有機前駆物質材料６と不活性キャリアガス７との混合蒸気８を導入するための配管８９がキャリアガス供給管として設けられている。配管８９の経路上には、ガス精製装置９４側へと順に、ＯＶＰＤガス流量制御機構をなすマスフローコントローラ９０と、圧力調整器９２と、調節バルブ９６とが直列に取り付けられている。
【００５７】
ガス精製装置９４内には、アルゴン（Ar）、窒素（N2）、ヘリウム、クリプトン、キセノン、ネオンなどの不活性キャリアガス７が収容されている。水素、アンモニア、メタンなどの還元性を持つガスも多くの有機材料に対しては不活性である。これらの還元性ガスを使用することで、望ましくない過剰の反応物の燃焼を助ける付加的利点が得られる。
【００５８】
第２有機前駆物質材料６を成膜チャンバ１１内に導入する配管８７からマスフローコントローラ９０までの各配管や容器などはすべて、所定の高温に温度制御されることとする。温度制御のための加熱方式は、オーブン内などに設置する空気恒温槽方式、高温オイルなどを循環させる方式、ＲＦ加熱方式（Radio Frequency 加熱装置：高周波誘導加熱装置）、ランプ加熱方式など、様々な方式のものを使用し得る。本実施形態の加熱機構部８３はそのための一部をなす。
【００５９】
不活性キャリアガス７は、ガス精製装置９４から配管８９へ導入され、調節バルブ９６、圧力調整器９２、流量制御部をなすマスフローコントローラ９０を順に通過して、蒸気化装置８０の内部炉８４中へ送られる。そして、内部炉８４内で、第２有機前駆物質材料６のゲスト蒸気と混合され、配管８７を経由して成膜チャンバ１１内に導入される。調節バルブ９６は、不活性キャリアガス７の調節した流れを、配管８９を通って内部炉８４へ送る。切替バルブ８６は、第２有機前駆物質材料６と不活性キャリアガス７との混合蒸気８の調節した流れを、配管８７を通って成膜チャンバ１１へ送る。これにより、第２有機前駆物質材料６の蒸気を配管８７に沿って成膜チャンバ１１内の排出端８７ａの方へ流す。配管８７の排出端８７ａは、ＯＶＰＤインジェクタ（ガスノズル；導入端）そのものとして機能する。
【００６０】
ここで、反応装置１０は、真空蒸着法を適用するので、第１有機前駆物質材料４の成膜性能としては、真空蒸着法の利点を享受することができる。たとえば、膜形成時の基板温度の管理はＬＰＯＶＰＤ法のように高精度である必要がない。よって、基板温度の制御は容易であり、簡易な機構の基板保持ベース１５や基板ホルダを使用できる。また、真空蒸着法は、比較的高い真空度で薄膜形成するので、パッキングデンシティが高い薄膜を形成することができ、ボイドやピンホールが少なく、膜の機械強度が強い、電気的特性（たとえば電気抵抗）が良好、基板との付着力が強いなど、信頼性の高い有機膜を形成することができ、これにより、高性能の有機ＥＬ素子を作製することができる。また、比較的簡便な装置構成で高速レートにすることができ、生産性が高まる。
【００６１】
一方、真空蒸着による有機ドーピングにおける、ドーピング濃度の制御性の悪さに関しては、蒸気化装置８０から配管８７を介して第２有機前駆物質材料６を含む混合蒸気８を成膜チャンバ１１内に導入する仕組みを採るＯＶＰＤ法を適用することで改善し得る。ＯＶＰＤ法は、膜厚制御が、原料加熱温度制御の他に、気体化された有機材料の流量制御により原料の供給量を制御することができ、この流量制御は高精度かつ高速に実現でき、真空蒸着法に比べてレート制御性や膜厚制御性が良好であるからである。
【００６２】
本実施形態では、成膜チャンバ１１中へ導入される第２有機前駆物質材料６の量は、導入ガスの温度および流量、並びに混合蒸気８の温度のような処理パラメータにより制御できる。流量制御は、マスフローコントローラ９０自身による自己制御によって実現することができる。たとえば、ガス精製装置９４から、圧力調整器９２により、所定圧力に圧力コントロールされ、マスフローコントローラ９０により高精度に流量が制御された不活性キャリアガス７を、配管８９に流す。そして、内部炉８４内において第２有機前駆物質材料６を気化させた成膜原料蒸気を、配管８７を介して、不活性キャリアガス７とともに蒸気化装置８０から成膜チャンバ１１に輸送供給する。
【００６３】
たとえば、本実施形態で用いるマスフローコントローラ９０の流量測定精度は、フルスケールの±０．２％のものとする。この場合、フルスケール５０ｓｃｃｍ（standard cc /min：標準状態での1分あたりの流量）を用いれば、成膜チャンバ１１内へ流れる流量の制御精度は±０．１ｓｃｃｍである。したがって、第２有機前駆物質材料６の濃度５０％のＯＶＰＤ蒸気を用いれば、成膜チャンバ１１内への第２有機前駆物質材料６の流入量の精度は、±０．０５ｓｃｃｍとなる。
【００６４】
つまり、第２有機前駆物質材料６を、±０．０５ｓｃｃｍ／５０ｓｃｃｍ＝±０．１％の精度で制御することができ、真空蒸着によるドーピング制御精度０．０２ｎｍ／ｓ（±０．０１ｎｍ／ｓ）、すなわち±５０％制御に比較して、５００倍精度が向上する。
【００６５】
また、ＯＶＰＤ蒸気の流量は精々数１０ｓｃｃｍで少ないので、成膜時の真空度は１０＾−４〜１０＾−２パスカル程度で高真空を維持することができるので、上述した理由により良質の膜を形成することができる。
【００６６】
このように、本実施形態の構成に依れば、第２有機前駆物質材料６の流れを、マスフローコントローラ９０を用いることにより、精度よく管理することができる。よって、ゲスト材としての第２有機前駆物質材料６を成膜チャンバ１１中へ送り、ホスト材としての第１有機前駆物質材料４とは異なった組成および特性の材料を基板Ｗに付着させることができる。
【００６７】
なお、第１有機前駆物質材料４や第２有機前駆物質材料６の個々の材質としては、様々なものを使用し得る。たとえば、特許文献１（たとえば表１やその他の記載）に列挙されている有機物質を適用できる。何れにしても、蒸着すべき有機膜に応じて、第１有機前駆物質材料４と第２有機前駆物質材料６に対して、必要な前駆物質材料を供給することができる。場合によっては、第１有機前駆物質材料４と第２有機前駆物質材料６とは同一の材料であってもよい（この場合はドーピング機能ではなく、同一材料の成膜機能のみを果たす；後述する第３〜第５実施形態を参照）。
【００６８】
以上説明したように、第１実施形態の半導体製造装置１の構成に依れば、高速かつ高精度の成膜が可能な真空蒸着法によりホスト材を基板Ｗに蒸着し、また濃度制御性に優れたＯＶＰＤ法によりゲスト材を基板Ｗに蒸着することで、ホスト材中にゲスト材を高精度に混合（ドーピング）した薄膜を作成するようにしたので、有機膜のドーピング濃度制御性に優れ、微量ドーピングを均一に行なうことができるとともに、パッキングデンシティが高い、高性能の有機膜を基板上に形成することができるようになった。
【００６９】
＜第２実施形態＞
図２は、本発明に係る薄膜形成装置を適用した半導体製造装置の第２実施形態を示す概略図である。この第２実施形態は、反応装置１０の構成が第１実施形態の構成と異なる。蒸気化装置８０側については、第１実施形態の構成と同様のものを用いる。第２実施形態の反応装置１０は、蒸気化装置８０側から供給されるＯＶＰＤガスノズル形状と配置、および坩堝１４の形状と配置を、第１実施形態と異なるものとしている。
【００７０】
具体的には先ず、排気管１９が坩堝１４の上部に設けられている。また、蒸気化装置８０側から成膜チャンバ１１内に伸びている配管８７の排出端８７ａには、混合蒸気８の排出部が実質的に長尺状となっているＯＶＰＤインジェクタ１８７が取り付けられている。このＯＶＰＤインジェクタ１８７は、図２（Ａ）に示すように１つだけ取り付けてもよいし、図２（Ｂ）に示すように複数個（図では２つ）取り付けてもよい。複数個取り付ける場合には、基板Ｗに対して均等配置されるようにするとよい。
【００７１】
なお、１つにするか複数にするかに拘らず、排気管１９の取付位置をも考慮するとよい。すなわち、ＯＶＰＤインジェクタ１８７から注入される混合蒸気８に含まれている第２有機前駆物質材料６と坩堝１４からの第１有機前駆物質材料４とが、基板Ｗ上で丁度よく混合され基板Ｗに蒸着されることを考慮する。図２に示した例では、ＯＶＰＤインジェクタ１８７の開口部を基板Ｗの近傍まで延在させて配置している。この場合、蒸発源１３０から発せられる第１有機前駆物質材料４が、材料ガス４ａとして基板Ｗに到達し基板Ｗに付着される過程において、これとほぼ同時に、ＯＶＰＤインジェクタ１８７の開口部から導出される第２有機前駆物質材料６が基板Ｗに付着されることで、第１有機前駆物質材料４からなるホスト材（母体材料）の有機層に、第２有機前駆物質材料６が添加材料として混合（ドーピング）される。
【００７２】
また、第１有機前駆物質材料４が入れられる坩堝１４と、この坩堝１４の周囲に設けられている加熱源１２０とで構成される蒸発源１３０としては、長尺状となっているライン型蒸発源を用いている。このライン型蒸発源は、ＯＶＰＤインジェクタ１８７のライン方向と略平行に配置する。蒸発源１３０の上方には、被蒸着部材としての基板Ｗが設置されている。必要に応じて、蒸着領域を制限する蒸着マスクＭが基板Ｗ近傍の蒸発源１３０側に設置される。
【００７３】
基板Ｗは、ベルトや駆動モータなどを有する搬送機構１１０上に載置される。搬送機構１１０は、坩堝１４にて蒸発された第１有機前駆物質材料４やＯＶＰＤインジェクタ１８７から注入される第２有機前駆物質材料６が飛散する領域を、基板Ｗの被蒸着箇所が通過するように、坩堝１４などと基板Ｗとの相対位置を可変させる移動機能が設けられる。この搬送機構１１０により、基板Ｗや蒸着マスクＭを移動させながら、基板Ｗの被蒸着面に向けて有機材料の被膜形成を行なう。なお、ライン型蒸発源およびＯＶＰＤインジェクタ１８７と蒸着対象となる基板Ｗとを相対移動させながら成膜するものであればよく、基板Ｗを固定しておき、図示しない移動装置により蒸発源１３０並びにＯＶＰＤインジェクタ１８７を移動させてもよい。
【００７４】
この第２実施形態の構成によれば、ゲスト材用のＯＶＰＤインジェクタ１８７（ガスノズル）とホスト材用の蒸発源１３０の何れもライン形状としたので、基板Ｗに蒸着させる材料物質の導入部を広く採ることができる。また、ホスト蒸気およびゲスト蒸気をライン状蒸気とし、基板Ｗをスライド駆動することにより、大面積の基板Ｗ上に有機層を蒸着できる利点がある。すなわち、容易に大面積への成膜が可能となり、大型基板の際の装置構成例として好適なものとなる。基板Ｗの蒸発源１３０に対する相対的な移動方向に直交する長手方向の長さを、基板サイズ（この長手方向のサイズ）に応じて調整することで、様々な（如何なる）大きさの基板Ｗにも対応することができる。
【００７５】
また、この第２実施形態の構成は、成膜対象となる基板をキャリア（搬送機構１１０と同様のもの）に搭載し、複数のライン型蒸発源に対して相対移動させることで、大面積の基板Ｗ上に複数の有機層を連続成膜することが可能な、いわゆるインライン方式の有機ＥＬ蒸着システム（たとえば特開２００２−３４８６５９号公報参照）に組み込むことが可能である。
【００７６】
インライン方式に組み込むことで、フルカラーの画像表示を行なう有機ＥＬ素子を構成する場合において、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色成分に対応した３種類の有機材料から成る有機層を、それぞれ異なる画素位置に成膜する際に、製造タクトタイムを短くできる。また、第１実施形態で示したと同様に、有機膜のドーピング濃度を高精度に制御することができるので、結果として、大きな基体領域に亘って有機材料の微量ドーピングを均一に行なうことができ、かつパッキングデンシティが高い、高性能の有機膜を大型基板上に形成することができる。
【００７７】
なお、第２有機前駆物質材料６についてのドーピング制御は、第１実施形態と同様に、成膜チャンバ１１内に導入する混合蒸気８に対する流量制御の仕組みを用いることができる。よって、有機膜のドーピング濃度制御性に優れ、かつ微量ドーピングを均一に行なうことができる。
【００７８】
一方、第１有機前駆物質材料４についての膜厚制御は、第１実施形態と同様に、所定の膜厚モニタで蒸発源１３０から蒸発した第１有機前駆物質材料４の蒸着速度を計測し、膜厚モニタの有機材料の蒸着速度が一定になるよう、蒸発源１３０の温度を調整するレート制御の方法を採用するとよい。
【００７９】
ただし、このレート制御は、比較的簡単な仕組みであるが、加熱源１２０にかかる熱量を変化させたときに、実際に加熱源１２０の熱が第１有機前駆物質材料４に伝わって蒸着速度に変化が現れるまでに長い時間が掛かるので、蒸着速度を制御するときの応答性が悪く、有機材料の膜厚を安定的（高精度）に制御するという点や、所望のレベルで蒸着速度が安定するまでの間素子基板を投入できないなどの点で、多少難がある。
【００８０】
この問題を解決するには、所定の膜厚モニタで蒸発源１３０から蒸発した第１有機前駆物質材料４の蒸着速度を計測し、膜厚モニタの第１有機前駆物質材料４の蒸着速度が一定になるよう、搬送機構１１０を制御して、基板Ｗと蒸発源１３０との相対的な移動速度を調整するようにしてもよい（たとえば本願出願人による特願２００３−３４５２４号を参照）。基板Ｗに蒸着される第１有機前駆物質材料４の膜厚は、蒸発源１３０と基板Ｗとの相対的な移動速度を速くすると薄くなり、逆に相対的な移動速度を遅くすると厚くなる。
【００８１】
したがって、蒸発源１３０を用いて基板Ｗに蒸着させた第１有機前駆物質材料４の膜厚を膜厚モニタで計測し、この計測結果に基づいて、蒸発源１３０と基板Ｗとの相対的な移動速度を制御することにより、基板Ｗに蒸着される第１有機前駆物質材料４の膜厚を所望の値に一致するように制御することができる。
【００８２】
図３は、蒸発源１３０およびＯＶＰＤインジェクタ１８７の構造例を示す模式的斜視図である。図３（Ａ）に示すように、蒸発させる第１有機前駆物質材料４を収納する坩堝１４は、基板Ｗおよび蒸着マスクＭに沿って、かつ図示しない搬送機構１１０（図２参照）による相対位置の可変方向と直交する方向が、蒸発源１３０（坩堝１４）の長手方向となるように形成されている。図２に示したように、坩堝１４の周囲には、坩堝１４を加熱して第１有機前駆物質材料４を蒸発させるための加熱源１２０が設置される。図では示さないが、蒸発源１３０から蒸発した第１有機前駆物質材料４が基板Ｗに向かって飛び出す範囲を制限する目的で、放射阻止体が取り付けられる。
【００８３】
なお、蒸発源１３０のより好ましい構成としては、図３（Ｂ）に示すように、基板Ｗや蒸着マスクＭと対向する坩堝１４の上部に複数個の微小開口部１４ｂが形成され、全体として、坩堝１４が、微小開口部１４ｂを除いて、内部が密閉された構造とするとよい。また、坩堝１４の上部に、突出した状態に突出部が、坩堝１４の長手方向に複数形成され、そこに微小開口部１４ｂが形成されているものとするとよい（たとえば本願出願人による特願２００２−３６７４６１号を参照）。突出部の外形状は、たとえば円錐台形状、角錐台形状など、坩堝１４の上面より突出していればよい。この突出高さは、坩堝１４の上面に放射阻止体を設けた際に放射阻止体上面と同等の高さ、もしくはより高くなるようになっていればよい。
【００８４】
突出部には、坩堝１４内部より第１有機前駆物質材料４方向に向かって段階的に先細りとなる形状を有するように微小開口部１４ｂを形成するとよい。こうすることで、坩堝１４にて蒸発した第１有機前駆物質材料４が微小開口部１４ｂに向かって円滑に飛散することができ、蒸発した第１有機前駆物質材料４の分布がより均一になる。
【００８５】
一方、第２有機前駆物質材料６を成膜チャンバ１１内に導入して基板Ｗに蒸着させるためのＯＶＰＤインジェクタ１８７は、蒸発源１３０と同様に、基板Ｗおよび蒸着マスクＭに沿って、かつ図示しない搬送機構１１０（図２参照）による相対位置の可変方向と直交する方向が、ＯＶＰＤインジェクタ１８７の長手方向となるように形成されている。この長手方向の長さは、ＯＶＰＤインジェクタ１８７から放出される第２有機前駆物質材料６を含む混合蒸気８が、基板サイズ（長手方向の）をカバーし得る程度とすればよい。
【００８６】
ＯＶＰＤインジェクタ１８７は、配管８７の排出端８７ａに取り付けられ、配管８７を通して蒸気化装置８０から導かれた第２有機前駆物質材料６を含む混合蒸気８をライン状に広げて基板Ｗに導く機能を有するものであればよい。たとえば、ＯＶＰＤインジェクタ１８７は、その先端の基板Ｗ側に開口部が形成されたものとする。この開口部の形状は、図３（Ａ）に示すように、ライン状に形成された１つの開口部１８７ａとして設けてもよいし、図３（Ｂ）に示すように、微小な開口部１８７ｂをライン方向に複数個並べて配置してもよい。
【００８７】
微小な開口部１８７ｂをライン方向に複数個並べる場合には、たとえば図３（Ｃ）に示すように、金属製の構造体１８８に各開口部１８７ｂと繋がる複数の通気路１８９を形成し、この通気路１８９の開口部１８７ｂの反対側を排出端８７ａと接続するとよい。あるいは、図３（Ｄ）に示すように、全体として内部が空洞の金属ケース１９０を用いて、金属ケース１９０の一側面に開口部１８７ｂを形成し、他の面に排出端８７ａを接続してもよい。
【００８８】
図３（Ｃ）に示す構造の場合、その形成（製造）が図３（Ｄ）よりも難しいが、配管８７から導かれた混合蒸気８は、通気路１８９をスムーズに通り各開口部１８７ｂから基板Ｗに向けて出力される。このため、配管８７から混合蒸気８を注入した場合、第２有機前駆物質材料６を基板Ｗに向かって円滑に飛散させることができ、第２有機前駆物質材料６の分布がより均一になる。よって、第２有機前駆物質材料６の基板Ｗへの付着を正確精密に制御することができ、かつ微量ドーピングをライン状に均一に行なうことができる。大型基板に対しても、有機膜のドーピング濃度制御性や均一性制御に優れ、高性能の膜を得ることができる利点がある。
【００８９】
一方、図３（Ｄ）に示す構造の場合、配管８７から導かれた混合蒸気８は、金属ケース１９０内で側壁に沿って回転する対流を生じさせながら開口部１８７ｂから基板Ｗに向けて出力される。対流を制御することは難しく、このため、ガス導入ノズル２６ａからガスを注入した場合、内部空間で乱流が発生し易く、第２有機前駆物質材料６の分布が不均一となり、図３（Ｃ）よりも蒸着制御の点では劣る。しかしながら、その形成（製造）が図３（Ｃ）よりも容易であり、低コストで実現できる利点がある。
【００９０】
なお、図３（Ｄ）に示す構造の場合における内部空間での乱流の問題を低減す構造例として、たとえば図３（Ｅ）に示すように、排出端８７ａ側から開口部１８７ｂ側に向かって先広がりとなる金属ケース１９０を用いてもよい。この場合、金属ケース１９０の側壁自体が、排出端８７ａ側から各開口部１８７ｂに向かって第２有機前駆物質材料６を含む混合蒸気８を導く通気路の機能をなす。このため、配管８７から混合蒸気８を注入した場合、第２有機前駆物質材料６を基板Ｗに向かって円滑に飛散させることができ、第２有機前駆物質材料６の分布がより均一になる。なお、このような金属ケース１９０の構造は、図３（Ａ）に示すように、ライン状に形成された１つの開口部１８７ａをＯＶＰＤインジェクタ１８７の先端側に設ける場合にも有効な手法である。
【００９１】
＜製法による構造比較＞
図４は、上記実施形態による成膜法と従来の成膜法を用いて製造した有機ＥＬ素子の構造比較、特に、発光領域が発光層のホール輸送側に偏在する場合のデバイス構造比較を示す図である。図４において、左側にはデバイス構造例を示し、中央部にはゲスト材濃度（Ｃ）と膜厚（ｄ）との関係を示す。また、図５は、図４に示した各有機ＥＬ素子の特性例を示す図表である。
【００９２】
ここで、図４（Ａ）は、ホスト材は真空蒸着法、ゲスト材は真空蒸着ドープを用いた場合のデバイス構造例を示す。図４（Ｂ）は、ホスト材はＯＶＰＤ法、ゲスト材はＶＰＤドープを用いた場合のデバイス構造例を示す。また、図４（Ｃ）は、ホスト材は真空蒸着法、ゲスト材はＯＶＰＤドープを用いた本実施形態による場合のデバイス構造例を示す。
【００９３】
ホスト材は真空蒸着でゲスト材は真空蒸着ドープを用いて有機ＥＬ素子を製造すると、ゲスト材のドーピング濃度制御の応答速度が遅いので、膜厚方向に対して一定濃度のデバイス構造しかとれない。したがって、たとえば、図４（Ａ）に示すように発光領域が発光層のホール輸送側に偏在する場合における最適ドープ濃度は、ホール輸送層／発光層界面からの膜厚方向距離ｄの関数Ｙ（ｄ）となるので、ドープ濃度過剰領域αとドープ濃度不足領域βが生じてしまう。その結果、ドープ濃度過剰領域ではたとえば濃度消光やキャリア散乱による電気抵抗増大が、ドープ濃度不足領域ではたとえば発光効率低下が生じてしまう。
【００９４】
また、図４（Ｂ）に示すように、ホスト材をＬＰＯＶＰ法で、ゲスト材をＬＰＯＶＰＤ法で作製したデバイスは、キャリアガス流量変調によるドーピング濃度変調をかけることができるものの、ホスト材の輸送に用いるキャリアガスが極めて大量に必要とする。このため、ゲスト材のドープ濃度変調をしようとしてゲスト材のキャリアガス流量を変えたとしても、ゲスト材とのガス混合時間がかかるため、デバイスでの濃度変調プロファイルに時間遅れが生じてしまい、結果として急峻な濃度変調構造を有するデバイス作製が困難となる。
【００９５】
一方、本実施形態の半導体製造装置１を用いて、ホスト材を高速成膜である真空蒸着法により、またゲスト材を濃度制御性に優れたＯＶＰＤ法（特にＬＰＯＶＰＤ法）を用いて有機ＥＬ素子を製造すると、図４（Ｃ）に示すように、必要最低限のキャリアガスしか用いないので、図４（Ｂ）の場合のような濃度変調時間の遅れが生じることなく、ＯＶＰＤ法が有するドーピング濃度応答性の良さを最大限に発揮することが可能となる。結果として、膜厚方向に対して複雑で急峻なドーピング濃度変調を有する、正確なドーピング濃度変調を備えた構造のデバイスを形成することができるので、発光層の全領域に亘り最適ドーピング濃度であるデバイスを得ることが可能である。
【００９６】
これらの比較から分かるように、製法の違いにより、たとえば、ドーピング濃度プロファイルの多様性、複雑性、制御性の点において、明らかな構造上の違いが生じる。
【００９７】
また、性能面においては、図５に示すように、真空蒸着法ドーピングに対してはデバイスの電気光学性能の点において、ホスト材ＬＰＯＶＰＤでゲスト材ＬＰＯＶＰＤ法による方法に対しては、膜欠陥、機械強度、電気光学性能、装置簡便性などで明らかな違いが生じる。
【００９８】
＜第３実施形態＞
図６は、本発明に係る薄膜形成装置を適用した半導体製造装置の第３実施形態を示す概略図である。この第３実施形態は、第２有機前駆物質材料６として第１有機前駆物質材料４と同じ物質（材料Ａ）を使用する構成としている点に特徴を有する。これにより、たとえば、材料Ａを真空蒸着法で蒸発させながら、材料ＡをＯＶＰＤガスの流量制御の元で成膜する構成とすることができる。以下、具体的に説明する。
【００９９】
第３実施形態の半導体製造装置１は、第１や第２実施形態と同様に、真空蒸着法を適用する反応装置１０内に、ＯＶＰＤ法を適用するための蒸気化装置８０側から第２有機前駆物質材料６を含んだ混合蒸気８が導入されるように構成されている。
【０１００】
成膜チャンバ１１内の図中下部には開口容器の一例としての坩堝１４を有し、この坩堝１４の周囲には、蒸着材料となる第１有機前駆物質材料４を蒸発させるための加熱源１２０が設けられ、全体として材料Ａ用の蒸発源（真空蒸着源）１３０が構成されるようになっている。
【０１０１】
また坩堝１４の上部には、被蒸着部材としての基板Ｗを図示しない基板ホルダにより保持する基板保持ベース１５が設けられ、さらに、この基板保持ベース１５の近傍には、基板Ｗへの蒸着の度合いを監視する監視部として、基板Ｗに蒸着された第１および第２の有機前駆物質材料４，６（すなわち材料Ａ）の膜厚を計測する成膜速度モニタ１７０が設けられている。
【０１０２】
基板保持ベース１５は、成膜チャンバ１１の上部に設けられた基板回転機構部１６に取り付けられて、全体として回転試料ホルダとして構成されている。つまり、基板保持ベース１５に保持されている基板Ｗを、基板保持ベース１５と一体的に回転させることで、回転蒸着法が適用できる反応装置１０として構成されている。なお、基板回転機構部１６は、成膜チャンバ１１の外部へ気体を排気するための排気管１９を兼ねるように構成されている。
【０１０３】
成膜チャンバ１１の一方の側壁（図中右下側）には、ＯＶＰＤ源をなす蒸気化装置８０側から成膜チャンバ１１の内部に延びる配管８７が設けられている。図に示した構成例では、配管８７の排出端８７ａの位置を蒸発源１３０の近くに設定しており、蒸発源１３０から発せられる第１有機前駆物質材料４の材料ガス４ａと配管８７を通して導入される第２有機前駆物質材料６の材料ガス６ａ（混合蒸気８に含まれている）とが混合されて一体的に基板Ｗに付着される。これにより、第１および第２の各有機前駆物質材料４，６としての材料Ａが、基板Ｗ上に成膜される。なお、図に示す排出端８７ａの位置は一例であって、第１実施形態でも説明したと同様に、種々の配置形態を取り得る。
【０１０４】
反応装置１０の図中右側には、蒸気化装置８０が設けられている。蒸気化装置８０は、反応装置１０内に延びる配管８７と連結されたＯＶＰＤガス流量制御機構としてのマスフローコントローラ９０と、原料蒸発部をなす内部炉８４と、キャリアガス源をなすガス精製装置９４とが直列に配置されて構成されている。また、マスフローコントローラ９０、内部炉８４、およびガス精製装置９４を取り巻くように、加熱機構部８３が設けられ、第２有機前駆物質材料６を成膜チャンバ１１内に導入する配管８７からマスフローコントローラ９０やガス精製装置９４までの各配管や容器などはすべて、所定の高温に温度制御されるようになっている。なお、図では示さないが、高精度のガス量制御を実現するため、第１実施形態と同様に、反応装置１０の成膜チャンバ１１内に伸びた配管８７の経路上に切替バルブと予備流し用の配管も取り付けられている。
【０１０５】
内部炉８４内には、坩堝８５が置かれており、この坩堝８５には、第２有機前駆物質材料６として、反応装置１０内の坩堝１４内に収容されている第１有機前駆物質材料４と同一の材料Ａが収容されている。
【０１０６】
ガス精製装置９４内のアルゴン（Ar）や窒素（N2）などの不活性キャリアガス７は、配管８９へ導入され、図示しない調節バルブや圧力調整器を経て内部炉８４中へ送られる。そして、内部炉８４内で、第２有機前駆物質材料６（材料Ａ）の蒸気と混合され、配管８７やマスフローコントローラ９０を経由して、さらに配管８７を経由して成膜チャンバ１１内に導入される。これにより、第２有機前駆物質材料６の蒸気６ａを配管８７に沿って成膜チャンバ１１内の排出端８７ａの方へ流す。
【０１０７】
上記構成において、第１有機前駆物質材料４（材料Ａ）についての真空蒸着源側は、膜厚制御は特に行なわない。たとえば、蒸発源１３０の抵抗加熱パワーを固定にしておく。一方、第２有機前駆物質材料６（材料Ａ）についてのＯＶＰＤ源側は、ＯＶＰＤガス流量制御で膜厚制御が実現され、具体的には、マスフローコントローラ９０によって実現される。この流量制御は、マスフローコントローラ９０自身による自己制御としてもよいが、成膜速度モニタ１７０により材料Ａの蒸着速度を計測して、この計測情報をマスフローコントローラ９０に渡し（図中に点線で示す経路を参照）、この成膜速度モニタ１７０が計測した有機材料の蒸着速度が一定になるように、配管８７を介して成膜チャンバ１１内に導入される混合蒸気８の流量を制御するフィードバック制御機構とすると一層好ましい。なお、ＯＶＰＤ源からのガス導入量は成膜安定に必要な最小量とするのが望ましく、過剰なガス量とすると、成膜時における成膜チャンバ１１内の真空度が低くなり膜密度が下がってしまう。
【０１０８】
ここで従来法では、蒸発加熱源をたとえば抵抗加熱式で行ない、水晶振動式膜厚計でモニタした成膜速度が一定となるように抵抗加熱パワーを制御することで成膜速度の安定化を図っているが、従来技術の項で述べたように安定化は困難である。
【０１０９】
これに対して、この第３実施形態の製法では、第２有機前駆物質材料６として第１有機前駆物質材料４と同じ物質を使用することで、この物質を基板Ｗ上に成膜する際、第２有機前駆物質材料６（すなわち材料Ａ）についての膜厚制御は、第１実施形態と同様に、成膜チャンバ１１内に導入する混合蒸気８に対する流量制御の仕組みを用いることができるので、その成膜速度制御性を高精度に管理することができる。
【０１１０】
これにより、応答性の悪い真空蒸着源の抵抗加熱パワーを固定してしまい、真空蒸着での成膜速度ばらつきの補正用として、応答性が良好なＯＶＰＤ源からガス流量制御しながら、成膜の安定化を図ることができる。
【０１１１】
このように、第３実施形態の半導体製造装置１に依れば、所定の物質について真空蒸着法とＯＶＰＤ法の同時成膜を行なう有機薄膜形成とすることで、つまり真空蒸着法で所定の物質の薄膜を所定の基板上に形成しつつ、同時にＯＶＰＤ法でガス流量制御を行ないつつ補足的に同一材料を成膜することにより、真空蒸着法と同等の膜密度を有するとともに、成膜の安定化を図ることができる。
【０１１２】
たとえば、有機ＥＬデバイスの電子輸送層を成膜する場合、たとえば材料ＡとしてのＡｌｑ３を真空蒸着させつつ、同じＡｌｑ３をＯＶＰＤ法で成膜することによって、電子輸送層Ａｌｑ３膜を安定に成膜することができる。こうすることで、発光層であるＡｌｑ３膜が厳密膜厚になるので発光効率が安定化する効果が得られる。
【０１１３】
なお、材料Ａとしては、電子輸送層用の材料に限定されるものではなく、ホール輸送層、ホール注入層、ホールブロック層、あるいは電子ブロック層などの、ノンドープ層一般に適用できる。これら複数の層（全て層を含む任意の組合せでよい）の成膜に上記第３実施形態の仕組みを適用することもできる。
【０１１４】
たとえば、ホール輸送層の成膜に上記第３実施形態の仕組みを適用すれば、ホール輸送層の厚みばらつきが低減し、ボトムエミッション型有機ＥＬ素子における干渉効果が安定するので発光スペクトルの色度再現性が向上する効果が得られる。
【０１１５】
また、ホール注入層の成膜に上記第３実施形態の仕組みを適用すれば、ホール注入層も膜厚を均一にでき、上面／下面発光に限らず、共振器構造を有する素子にはメリットがある。
【０１１６】
この点では、ホールブロック層や電子ブロック層などの、他の層も含めて、両電極間の共振器を構成する層は全て、膜厚のばらつきを抑えることが必要であり、上記第３実施形態の仕組みを適用することによる効果は高い。
【０１１７】
＜第４実施形態＞
図７は、本発明に係る薄膜形成装置を適用した半導体製造装置の第４実施形態を示す概略図である。この第４実施形態は、第３実施形態と同様に第１有機前駆物質材料４および第２有機前駆物質材料６Ａとして同一の材料Ａを用いる構成に加えて、第１あるいは第２実施形態と同様にＯＶＰＤ法を適用することで第１有機前駆物質材料４（材料Ａ）とは異なる材料Ｂを別の第２有機前駆物質材料６Ｂとして使用する点に特徴を有する。これにより、ホスト材Ａを真空蒸着法で蒸発させながら、ホスト材ＡをＯＶＰＤ法で流量制御しつつ、さらにゲスト材ＢのドーピングをＯＶＰＤ法で行なう構成とすることができる。以下、具体的に説明する。
【０１１８】
第４実施形態の半導体製造装置１は、先ず、第３実施形態の構成と同様に、第１有機前駆物質材料４（ホスト材Ａ）について真空蒸着法を適用する反応装置１０内に、第２有機前駆物質材料６Ａ（ホスト材Ａ）についてＯＶＰＤ法を適用するための蒸気化装置８０Ａ側から第２有機前駆物質材料６Ａを含んだ混合蒸気８Ａが、蒸発源１３０の近傍（図中の右下側）から導入されるように構成されている。
【０１１９】
加えて、第４実施形態の半導体製造装置１は、別の第２有機前駆物質材料６Ｂ（ゲストＢ）についてＯＶＰＤ法を適用するための蒸気化装置８０Ｂ側から第２有機前駆物質材料６Ｂを含んだ混合蒸気８Ｂが、基板Ｗの近傍（図中の右上側）から導入されるように構成されている。
【０１２０】
蒸気化装置８０Ａ，８０Ｂの構成自体は、流量制御の仕組みが異なる点を除いて、第３実施形態の蒸気化装置８０と同様である。たとえば、第３実施形態と同様に、蒸発源１３０の抵抗加熱パワーを固定にすることで、第１有機前駆物質材料４（ホスト材Ａ）についての真空蒸着源側の膜厚制御は特に行なわない。また、第２有機前駆物質材料６（ホスト材Ａ）についてのＯＶＰＤ源側の膜厚制御は、成膜速度モニタ１７０が監視するホスト材Ａの蒸着速度が一定になるよう、配管８７Ａを介して成膜チャンバ１１内の導入される混合蒸気８Ａ（不活性キャリアガス７Ａ＋材料ガス６Ａａ）の流量をマスフローコントローラ９０Ａにより制御するフィードバック制御機構とする。
【０１２１】
一方、第２有機前駆物質材料６（ゲスト材Ｂ）についてのＯＶＰＤ源側のドーピング制御は、第１実施形態と同様に、マスフローコントローラ９０Ａにより、配管８７Ｂを介して成膜チャンバ１１内に導入する混合蒸気８Ｂ（不活性キャリアガス７Ｂ＋材料ガス６Ｂａ）に対する流量制御の仕組みを用いることができる。よって、有機膜のドーピング濃度制御性に優れ、かつ微量ドーピングを均一に行なうことができる。
【０１２２】
たとえば、有機ＥＬデバイスの電子輸送層に所定材料をドープして緑色発光層を成膜する場合、たとえば材料ＡとしてのＡｌｑ３を真空蒸着させ、かつ、同じＡｌｑ３をＯＶＰＤ法で成膜しつつ、Ｃ６（クマリン６）をＯＶＰＤ法でドープすることによって、Ｃ６がＡｌｑ３に微量に（たとえば１％程度）ドープされた電子輸送層Ａｌｑ３膜を安定に成膜することができる。
【０１２３】
このように、第４実施形態の半導体製造装置１に依れば、上記第３実施形態の構成と同様の効果に加えて、上記第１実施形態の構成による効果を享受することができる。すなわち、所定の物質について真空蒸着法とＯＶＰＤ法の同時成膜を行ないつつ、別の物質の微量ドーピングをＯＶＰＤ法で行なう有機薄膜形成とすることで、真空蒸着法と同等の膜密度を有するとともに成膜の安定化を図ることができるとともに、ドーピング濃度制御性に優れた微量ドーピングを均一に行なうことができるし、また、パッキングデンシティが高く、高性能の有機膜を形成することができる。
【０１２４】
＜第５実施形態＞
図８は、本発明に係る薄膜形成装置を適用した半導体製造装置の第５実施形態を示す概略図である。この第５実施形態は、第４実施形態の構成に加えて、材料Ｂについても真空蒸着法を適用するようにしている点に特徴を有する。これにより、ホスト材Ａを真空蒸着法で蒸発させながら、ホスト材ＡをＯＶＰＤ法で流量制御しつつ、さらにゲスト材Ｂのドーピングを真空蒸着法とＯＶＰＤ法で行なうことで高濃度ドーピングを行なう構成とすることができる。以下、具体的に説明する。
【０１２５】
第５実施形態の半導体製造装置１は、先ず、反応装置１０の成膜チャンバ１１内に、ホスト材Ａ用の真空蒸着源Ａをなす蒸発源１３０Ａに加えて、ゲスト材Ｂ用の真空蒸着源Ａをなす蒸発源１３０Ｂを備えている。蒸発源１３０Ｂは、蒸発源１３０Ａを挟んで、ホスト材Ａ用の蒸気化装置８０Ａから導入されている配管８７の排出端８７ａと反対側（図の左側）に配されている。蒸発源１３０Ａ，１３０Ｂは、坩堝１４Ａ，１４Ｂ内に収容される材料が異なるのみで、その構成自体は、第４実施形態の蒸発源１３０と同様である。
【０１２６】
また、ホスト材Ａ用の成膜速度モニタ１７０Ａに加えて、ゲスト材用の成膜速度モニタ１７０Ｂが、成膜チャンバ１１内に設けられている。それぞれには、他方の物質が付着することのないように、各配置位置や向きが考慮されている。具体的には、成膜速度モニタ１７０Ａは、第３や第４の各実施形態における成膜速度モニタ１７０と同様の位置および向き配置されている。一方、成膜速度モニタ１７０Ｂは、蒸発源１３０Ｂの近傍で、蒸発源１３０Ａからは離れた位置に配置され、概ね、坩堝１４Ｂからのゲスト材Ｂの成膜速度のみを監視し得るようにされている。
【０１２７】
また、成膜速度モニタ１７０Ｂと成膜速度モニタ１７０Ａとの間には、遮蔽板１２８が、坩堝１４Ｂからのゲスト材Ｂの蒸気化ガスが成膜速度モニタ１７０Ａに到達しないように配置されており、これにより、成膜速度モニタ１７０Ａは、坩堝１４Ａからのホスト材Ａの成膜速度のみを監視し得るようにされている。
【０１２８】
なお、第１実施形態と同様に、蒸気化装置８０Ｂ側から導入される第２有機前駆物質材料６としてのゲスト材Ｂも成膜速度モニタ１７０Ａ上に付着するので、この第２有機前駆物質材料６を含んだ膜厚が計測されるが、蒸気化装置８０Ｂ側からは微量ドープとする場合には、このゲスト材Ｂの影響は無視することができる。
【０１２９】
このような構成の半導体製造装置１においては、第１の第１有機前駆物質材料４（ホスト材Ａ）用の蒸発源１３０Ａおよび第１の第２有機前駆物質材料６（ゲスト材Ｂ）用の蒸発源１３０Ｂについては、第４実施形態のホスト材Ａ用と同様に、真空蒸着源の抵抗加熱パワーを固定にして膜厚制御は特に行なわない。
【０１３０】
一方、第２の第１有機前駆物質材料４（ホスト材Ａ）についてのＯＶＰＤ源側の膜厚制御は、成膜速度モニタ１７０Ａが監視するホスト材Ａの蒸着速度が一定になるように、配管８７Ａを介して成膜チャンバ１１内の導入される混合蒸気８Ａ（不活性キャリアガス７Ａ＋材料ガス６Ａａ）の流量をマスフローコントローラ９０Ａにより制御するフィードバック制御機構とする。
【０１３１】
また、第２の第２有機前駆物質材料６（ゲスト材Ｂ）についてのＯＶＰＤ源側のドーピング制御は、真空蒸着でのゲスト材Ｂのドーピング量ばらつきの補正用として、成膜速度モニタ１７０Ｂが監視するゲスト材Ｂのドーピング速度を補正するように、配管８７Ｂを介して成膜チャンバ１１内の導入される混合蒸気８Ｂ（不活性キャリアガス７Ｂ＋材料ガス６Ｂａ）の流量をマスフローコントローラ９０Ｂにより制御する機構とする。
【０１３２】
こうすることで、高濃度ドープに適した構成とすることができる。すなわち、第４実施形態の構成では、第２有機前駆物質材料６（ゲスト材Ｂ）をＯＶＰＤ源側から高濃度でドープした場合、ＯＶＰＤガス流量が多量になり、ゲスト材Ｂのガス６ａと不活性キャリアガス７を含む混合蒸気８Ｂが多量に成膜チャンバ１１内に導入され成膜時における成膜チャンバ１１内の真空度が低くなり、たとえば低真空化に存在するガスが膜内部に巻き込まれることにより膜が粗となる（膜密度が下がる）不具合が生じ得る。
【０１３３】
これに対して、第５実施形態の構成では、ゲスト材Ｂのドーピングに関しても、真空蒸着法とＯＶＰＤ法で行なうことで、真空蒸着法により高濃度ドーピングの基本部分を実行しつつ、ＯＶＰＤ源側の混合蒸気８Ｂに対する流量制御の仕組みを用いることで、ドーピング量の微妙な調整を実現することができる。つまり、真空蒸着法でのドーピング速度ばらつきの補正用として、応答性が良好なＯＶＰＤ源からのガス流量を制御することで、ドーピングの安定化を図ることができる。よって、ＯＶＰＤガス流量が多量になることを回避することができ、かつドーピング濃度制御性に優れ、かつ高濃度ドーピングを均一に行なうことができる。
【０１３４】
たとえば、有機ＥＬデバイスの電子輸送層に所定材料をドープして発光層を成膜する場合、発光色やドープ材によっては、ホスト材Ａに対して多量にゲスト材Ｂを混入（ドープ）させる必要が生じ、場合によっては、結果物としては、ホスト材Ａよりもゲスト材Ｂの方が多量になることもある。このような場合、たとえばホスト材ＡとしてのＡｌｑ３を真空蒸着させつつ同じＡｌｑ３をＯＶＰＤ法で成膜し、加えて、所定のドープ材Ｂを真空蒸着させつつ同じドープ材ＢをＯＶＰＤ法でドープすることによって、ドープ材ＢがＡｌｑ３に高濃度でドープされた電子輸送層Ａｌｑ３膜を安定に成膜することができる。
【０１３５】
以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１３６】
また、上記の実施形態は、クレーム（請求項）にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【０１３７】
たとえば、複数のドーピング材を真空蒸着法を適用した成膜チャンバ内に導入するマルチドーピングに上記実施形態を適用することが可能である。この場合、同一ホスト材の層内に混合する各ドーピング材について、上述したように、ＯＶＰＤ法を適用する。また、このマルチドーピングにおいても、第１実施形態および第２実施形態の何れの構造をも採り得る。それぞれのインジェクタ部分の形状も、それに応じて設定される。
【０１３８】
また上記実施形態では、有機ＥＬ素子を製造する際の、ホスト材へのゲスト材のドーピングに適用した事例で説明したが、その適用範囲は、必ずしもこのようなものに限らず、半導体基板上に薄膜を製造するその他の成膜技術にも適用することができる。たとえば、複数の前駆物質の組合せまたは混合物を基板に付着させることや、複数の前駆物質の化学反応物を基板に付着させることや、前駆物質材料を供与体・受容体として基板に付着させることなどにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明に係る薄膜形成装置を適用した半導体製造装置の第１実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明に係る薄膜形成装置を適用した半導体製造装置の第１実施形態を示す概略図である。
【図３】蒸発源およびＯＶＰＤインジェクタの構造例を示す模式的斜視図である。
【図４】本実施形態による成膜法と従来の成膜法を用いて製造した有機ＥＬ素子の構造比較を示す図である。
【図５】図４に示した各有機ＥＬ素子の特性例を示す図表である。
【図６】本発明に係る薄膜形成装置を適用した半導体製造装置の第３実施形態を示す概略図である。
【図７】本発明に係る薄膜形成装置を適用した半導体製造装置の第４実施形態を示す概略図である。
【図８】本発明に係る薄膜形成装置を適用した半導体製造装置の第５実施形態を示す概略図である。
【図９】真空蒸着法を適用した半導体製造装置の構成例を示す図である。
【図１０】ＬＰＯＶＰＤ法を適用した半導体製造装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１…半導体製造装置、４…第１有機前駆物質材料、６…第２有機前駆物質材料、７…不活性キャリアガス、８…混合蒸気、１０…反応装置、１１…成膜チャンバ、１４…坩堝１４、１４ａ…開口部、１４ｂ…微小開口部、１５…基板保持ベース、１６…基板回転機構部、１７…水晶式膜厚計、１９…排気管、８０，８０Ａ，８０Ｂ…蒸気化装置、８２…加熱炉、８３…加熱機構部、８４…内部炉、８５…坩堝、８６…切替バルブ、８７，８７Ａ，８７Ｂ，８８，８９…配管、９０，９０Ａ，９０Ｂ…マスフローコントローラ、９２…圧力調整器、９４…ガス精製装置、９６…調節バルブ、１１０…搬送機構、１２０…加熱源、１２８…遮蔽板、１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ…蒸発源、蒸発源１７０，１７０Ａ，１７０Ｂ…成膜速度モニタ、１８７…ＯＶＰＤインジェクタ、Ｍ…蒸着マスク、Ｗ…基板
【図１】
2005029885.tif 000003
【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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