JP2011520029A - 動的な（移動する基板の）プラズマ処理のための線状のプラズマ源 - Google Patents

Abstract

本発明は一般に、基板が処理チャンバを通って移動するときに基板上に層を堆積させる方法および装置に関する。基板は、ロールツーロールシステムに沿って移動することができる。ロールツーロールシステムは、基板を第１のロールから繰り出すことができ、したがって基板を処理にかけ、次いで処理後に第２のロール上に巻き直すことができるシステムである。基板が処理チャンバを通って移動するとき、プラズマ源はプラズマを発生させることができる。基板に電気的バイアスを印加すると、プラズマを基板へ引き寄せることができ、したがって、基板がチャンバを通って移動するときに基板上に材料を堆積させることができる。

Description

本発明の実施形態は一般に、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の製造のためのロールツーロール処理装置に関する。

ＯＬＥＤディスプレイは、ディスプレイの応用分野で、最近液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）と比較して、より速い応答時間、より大きな視野角、より高いコントラスト、より軽い重量、より低い電力、および可撓性基板への適用可能性の点から、著しい関心を集めている。ＯＬＥＤ内で使用される有機材料に加えて、小分子の可撓性有機発光ダイオード（ＦＯＬＥＤ）およびポリマー発光ダイオード（ＰＬＥＤ）ディスプレイのために多くのポリマー材料も開発されている。これらの有機およびポリマー材料の多くは、ある範囲の基板上に複雑な多層デバイスを製作するのに適した可撓性を有し、薄いフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、電気的に励起された有機レーザ、および有機光増幅器など、様々な透明の多色ディスプレイの応用分野に理想的なものとなっている。

長年にわたって、ディスプレイデバイス内の層は多層に進化し、各層は異なる機能を果たしてきた。複数の基板上に複数の層を堆積させるには、複数の処理チャンバを必要とすることがある。複数の処理チャンバを通して複数の基板を移送すると、基板スループットを低下させることがある。したがって、基板スループットを最大限にして基板の移送を減らすようにＯＬＥＤ構造を処理する効率的な方法および装置が、当技術分野で必要とされている。

本発明は一般に、基板が処理チャンバを通って移動するときに基板上に層を堆積させる方法および装置に関する。基板は、ロールツーロールシステムに沿って移動することができる。ロールツーロールシステムは、基板を第１のロールから繰り出すことができ、したがって基板を処理にかけ、次いで処理後に第２のロール上に巻き直すことができるシステムである。基板が処理チャンバを通って移動するとき、プラズマ源はプラズマを発生させることができる。基板に電気的バイアスを印加することにより、プラズマを基板へ引き寄せることができ、したがって、基板がチャンバを通って移動するときに基板上に材料を堆積させることができる。

一実施形態では、装置が、複数の壁を有する基板処理チャンバと、チャンバ内に配置された１つまたは複数の回転可能なプロセスドラムとを含む。この装置はまた、基板処理チャンバ内に配置され、基板が基板処理チャンバを通過する際に基板がその間を通過できるように隔置された複数の充填剤ブロックを含む。装置はまた、処理チャンバと結合された１つまたは複数のμプラズマ源を含む。

別の実施形態では、ウェブ処理装置が、基板処理チャンバと、処理チャンバと結合され、実質上線状のプラズマを発生させることが可能な１つまたは複数のμプラズマ源とを含む。

別の実施形態では、ウェブ処理方法が、ロールツーロール基板移送システム上の処理チャンバを通って基板を移動させるステップを含む。処理チャンバは、基板がその間を移動できるように隔置された複数の充填剤ブロックを有する。この方法はまた、μプラズマ源に電気的バイアスを印加して、基板から離れて実質上線状のプラズマを発生させるステップを含む。実質上線状のプラズマは、基板の移動の方向に実質上垂直である。この方法はまた、基板に電気的バイアスを印加して、基板にプラズマを引き寄せるステップと、基板がチャンバを通って移動するときに基板上に層を堆積させるステップとを含む。

本発明の上述の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本発明について、実施形態を参照してより具体的に説明することができる。実施形態のいくつかを添付の図面に図示する。しかし、本発明には他の等しく効果的な実施形態が認められるので、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを図示しており、したがってその範囲を限定するものと見なされるべきではないことに留意されたい。

本発明の一実施形態によるＯＬＥＤ構造１００を示す図である。 本発明の一実施形態による処理チャンバ２００の横断面図である。 見やすいようにチャンバ壁および充填剤２１４を省いた、図２Ａの処理チャンバ２００の斜視図である。 本発明の別の実施形態による処理チャンバ３００の横断面図である。 本発明の別の実施形態による処理チャンバ４００の横断面図である。 図４Ａの処理チャンバ４００の一部分の側断面図である。

理解を容易にするために、可能な場合、同一の参照番号を使用し、複数の図に共通の同一の要素を示している。一実施形態の要素および特徴を、さらなる記述なしで他の実施形態に有利に組み込むことができることが企図されている。

本発明は一般に、基板が処理チャンバを通って移動するときに基板上に層を堆積させる方法および装置に関する。基板は、ロールツーロールシステムに沿って移動することができる。ロールツーロールシステムは、基板を第１のロールから繰り出すことができ、したがって基板を処理にかけ、次いで処理後に第２のロール上に巻き直すことができるシステムである。基板が処理チャンバを通って移動するとき、プラズマ源はプラズマを発生させることができる。基板に電気的バイアスを印加すると、プラズマを基板へ引き寄せることができ、したがって、基板がチャンバを通って移動するときに基板上に材料を堆積させることができる。

図１は、本発明の一実施形態によるＯＬＥＤ構造１００である。構造１００は、基板１０２を含む。一実施形態では、基板１０２は、可撓性のロールツーロール基板である。基板１０２についてロールツーロール基板として説明するが、ソーダ石灰ガラス基板、シリコン基板、半導体ウェーハ、多角形基板、大面積基板、およびフラットパネルディスプレイ基板を含めて、他の基板を利用してＯＬＥＤを製作できることを理解されたい。

基板１０２を覆って、アノード１０４を堆積させることができる。一実施形態では、アノード１０４は、クロム、銅、またはアルミニウムなどの金属を含むことができる。別の実施形態では、アノード１０４は、酸化亜鉛、インジウム−スズ酸化物などの透明の材料を含むことができる。アノード１０４は、約２００オングストローム〜約２０００オングストロームの厚さを有することができる。

次いで、アノード１０４を覆って、正孔注入層１０６を堆積させることができる。正孔注入層１０６は、約２００オングストローム〜約２０００オングストロームの厚さを有することができる。一実施形態では、正孔注入層１０６は、フェニレンジアミン構造を有する直鎖状オリゴマーを有する材料を含むことができる。別の実施形態では、正孔注入層１０６は、フェニレンジアミン構造を有する分岐鎖オリゴマーを有する材料を含むことができる。

正孔注入層１０６を覆って、正孔輸送層１０８を堆積させることができる。正孔輸送層１０８は、約２００オングストローム〜約１０００オングストロームの厚さを有することができる。正孔輸送層１０８は、ジアミンを含むことができる。一実施形態では、正孔輸送層１０８は、ナフチル置換ベンジジン（ＮＰＢ）誘導体を含む。別の実施形態では、正孔輸送層１０８は、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）を含む。

正孔輸送層１０８を覆って、放出層１１０を堆積させることができる。放出層１１０は、約２００オングストローム〜約１５００オングストロームの厚さまで堆積させることができる。放出層１１０のための材料は通常、蛍光金属キレート錯体のクラスに属する。一実施形態では、放出層は、８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ_３）を含む。

放出層１１０を覆って、電子輸送層１１２を堆積させることができる。電子輸送層１１２は、金属キレートオキシノイド化合物を含むことができる。一実施形態では、電子輸送層１１２は、オキシン自体（一般に、８−キノリノールまたは８−ヒドロキシキノリンとも呼ばれる）のキレートを含むことができる。電子輸送層１１２は、約２００オングストローム〜約１０００オングストロームの厚さを有することができる。

電子輸送層１１２を覆って、電子注入層１１４を堆積させることができる。電子注入層１１４は、約２００オングストローム〜約１０００オングストロームの厚さを有することができる。電子注入層１１４は、アルミニウムと少なくとも１つのハロゲン化アルカリまたは少なくとも１つのハロゲン化アルカリ土類との混合物を含むことができる。ハロゲン化アルカリ類は、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化ルビジウム、およびフッ化セシウムからなる群から選択することができ、また適切なハロゲン化アルカリ土類は、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム、およびフッ化バリウムである。

電子注入層１１４を覆って、カソード１１６を堆積させることができる。カソード１１６は、金属、金属混合物、または金属合金を含むことができる。一実施形態では、カソード１１６は、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、およびアルミニウム（Ａｌ）の合金を含むことができる。カソード１１６は、約１０００オングストローム〜約３０００オングストロームの厚さを有することができる。電源１１８によって、ＯＬＥＤ構造１００に電気的バイアスを供給することができ、したがって光が放出され、基板１０２を通して見ることができる。ＯＬＥＤ構造１００の有機層には、正孔注入層１０６、正孔輸送層１０８、放出層１１０、電子輸送層１１２、および電子注入層１１４が含まれる。ＯＬＥＤ構造を構築するのに有機層の５つの層すべてが必要とされるわけではないことに留意されたい。たとえば、場合によっては、正孔輸送層１０８および放出層１１０だけが必要とされる。

本装置および方法についてＯＬＥＤ構造の点から説明したが、本装置および方法を使用して任意のウェブ処理されたデバイスを作製できることを理解されたい。たとえば、ウェブ処理装置および方法を使用して、可撓性プリント回路基板（ＦＰＣＢ）、ディスプレイ向けの透明の上部電極、可撓性太陽電池セル、可撓性ディスプレイ、タッチスクリーン、フラットパネルディスプレイ、電界エミッタディスプレイ、陰極線管、窓用フィルム、巻回フィルムコンデンサ、および可撓性基板上の他のデバイスを作ることができる。

図２Ａは、一実施形態による処理チャンバ２００の横断面図である。図２Ｂは、見やすいようにチャンバ壁およびいくらかの充填剤２１４を省いた、図２Ａの処理チャンバ２００の斜視図である。ロールツーロールシステムに沿って進む基板２０２は、第１の側面を通って、矢印Ａで示す第１の方向に回転するローラ２０６を越えてチャンバ２００に入る。基板２０２は、アクセル（ａｘｅｌ）２０８の周りを、第１の方向とは反対の矢印Ｂで示す方向に回転しているドラム２０４によって、下方へ誘導される。次いで、基板２０２は上方へ巻き上がり、別のローラ２０６を越えてチャンバ２００を離れる。

プラズマ源を使用して、基板がチャンバを通過するときに基板上に層を堆積させることができる。一実施形態では、プラズマ源は、μ源２２０を含むことができる。μ源は、プラズマ管２２６を取り囲む１つまたは複数のフェライトリング２２２を含むことができる。フェライトリング２２２の周りに、１つまたは複数の電気的にバイアスされたコイル２２４を巻いて、電源２３２に結合させることができる。電源２３２は、交流、直流、またはスイッチング直流（ｓｗｉｔｃｈｅｄ−ＤＣ）電源を含むことができる。コイル２２４は、多重巻きコイルを含むことができる。μ源２２０は、チャンバ２００へ延びる複数のアーム２２８を有する。管２２６内で、処理チャンバ２００内の２つのアーム２２８間に、プラズマ２３０を発生させることができる。プラズマ２３０は、アーム２２８間に延びる線状のプラズマとすることができる。プラズマ２３０が線状であるため、チャンバ壁上の望ましくない堆積を低減させることができる。

ドラム２０４にもまた、電源２１０、２１２によって電気的にバイアスすることができる。電源２１０、２１２は、交流、直流、またはスイッチング直流電源とすることができる。ドラム２０４に電気的にバイアスすると、基板２０２がドラム２０４の外側表面に沿って移動するとき、基板２０２に電気的にバイアスする。ドラム２０４に電気的にバイアスすると、基板２０２にプラズマ２３０を引き寄せて、基板２０２がドラム２０４の周りを回転するときに基板２０２上に層を堆積させる。

基板２０２から離れてプラズマ２３０を発生させることによって、基板２０２上の電気的バイアスが基板２０２にプラズマ２３０を引き付けて、基板２０２上に層を堆積させることができる。したがって、基板２０２上の電気的バイアスの大きさにより、基板２０２に引き寄せられるプラズマ２３０の量を決定し、したがって、基板２０２上に材料が堆積される速度を決定することができる。基板２０２上の電気的バイアスの大きさにより、フィルム特性を変えることができる。

処理チャンバ２００内のあらゆる望ましくない堆積を最小限にするために、チャンバ２００の開いた領域内に充填剤２１４材料を配置することができる。基板２０２がチャンバ２００を通って移動しているとき、基板２０２から充填剤２１４を矢印Ｃで示す距離だけ隔てることができる。一実施形態では、充填剤２１４と基板２０２との距離は、プラズマの暗部より短くすることができる。一実施形態では、この距離を約３０ｍｍより小さくすることができる。別の実施形態では、この距離を約１０ｍｍより短くすることができる。別の実施形態では、この距離を約２ｍｍより短くすることができる。一実施形態では、充填剤２１４は誘電体材料を含むことができる。別の実施形態では、充填剤２１４は金属を含むことができる。ドラム２０４と充填剤２１４は、合わせて、処理チャンバ体積の約９０パーセントを含むことができる。充填剤２１４は、μ源２２０と基板２０２との間の見通し経路を阻止することはできない。充填剤２１４を使用して、チャンバ２００の特定の所定の領域内にプラズマ２３０を閉じ込めて、寄生プラズマの形成を低減させることができる。

図３は、本発明の別の実施形態による処理チャンバ３００の横断面図である。基板３０２は、チャンバ３００に入って、１つまたは複数のローラ３０６を越える。基板３０２はまた、ローラ３０６とは反対の方向に回転しているドラム３０４の外側表面に沿って進む。ドラム３０４には、１つまたは複数の電源３１０、３１２から供給される電力によって、電気的にバイアスすることができる。電源３１０、３１２は、直流、交流、またはスイッチング直流とすることができる。上記で論じた実施形態と同様に、処理チャンバ３００内に充填剤３１４を配置することができる。プラズマ源として、チャンバ３００にコイル３１６を誘導結合させることができる。コイル３１６を高周波電源３２０に結合させて、コイル３１６に沿って高周波またはスイッチング直流電流を流すことができる。処理ガス源３１８から処理ガスを導入することができる。コイル３１６を電気的にバイアスすると、処理ガスからプラズマ３０８を発生させることができ、堆積のためにプラズマ３０８を基板３０２に引き寄せることができる。コイル３１６を処理チャンバ３００の内部に示したが、コイル３１６は、チャンバ３００の外側から誘電体窓３２２を通ってチャンバ３００に結合できることを理解されたい。ドラム３０４の基板３０２上の電気的バイアスは、堆積のために基板３０２にプラズマ３０８を引き付けることができる。

図４Ａは、本発明の別の実施形態による処理チャンバ４００の横断面図である。図４Ｂは、図４Ａの処理チャンバ４００の一部分の側断面図である。基板４０２は、チャンバ４００に入って、１つまたは複数のローラ４０６、ならびに回転ドラム４０４の外側表面を越える。ドラム４０４は、ローラ４０６とは反対の方向に回転する。図２Ａおよび２Ｂに関連して上記で論じたように、チャンバ４００内には充填剤４１４が存在する。ドラム４０４には、１つまたは複数の電源４１０、４１２からの電流で、電気的にバイアスすることができる。電源４１０、４１２は、スイッチング直流、交流、または直流電力を含むことができる。マイクロ波源４１８によって、チャンバ４００内にプラズマ４２０を発生させることができる。ガスマニホルド４１６から、チャンバ４００内にガスを送り込むことができる。ドラム４０４の基板４０２上の電気的バイアスは、堆積のために基板４０２にプラズマ４２０を引き付けることができる。

ＯＬＥＤ堆積のための移動する基板上への材料の堆積は、基板から離れてプラズマを発生させ、基板がプラズマを通り越して回転するときに基板に電気的にバイアスすることによって実行することができる。その際、プラズマを基板に引き付けて堆積を行うことができる。したがって、基板は、基板上に層を堆積させるのに必要な量のプラズマだけを引き付け、プラズマに過剰暴露されることはない。

上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することができ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

1. 複数の壁を有する基板処理チャンバと、
   前記チャンバ内に配置された１つまたは複数の回転可能なプロセスドラムと、
   前記基板処理チャンバ内に配置され、基板が前記基板処理チャンバを通過する際に基板がその間を通過できるように隔置された複数の充填剤ブロックと、
   前記処理チャンバと結合された１つまたは複数のμプラズマ源と
   を含む装置。
2. 前記処理チャンバを通過する基板と前記複数の充填剤ブロックとの間の距離がプラズマ暗部より短い、請求項１に記載の装置。
3. 前記複数の充填剤ブロックと前記１つまたは複数の回転可能なプロセスドラムが、合わせて、前記処理チャンバ体積の約９０％を含み、また前記１つまたは複数の回転可能なプロセスドラムと前記１つまたは複数のプラズマ源の間の見通し経路内には、充填剤ブロックが配置されない、請求項２に記載の装置。
4. 前記μプラズマ源が、
   前記複数のチャンバ壁のうちの１つまたは複数に結合されたプラズマ管と、
   前記管の内部で誘導結合されたプラズマを生じさせる手段とを含む、請求項１に記載の装置。
5. 前記管の内部で誘導結合されたプラズマを生じさせる前記手段が、
   前記プラズマ管を実質上取り囲む１つまたは複数のフェライトブロックと、
   前記１つまたは複数のフェライトブロックを実質上取り囲む１つまたは複数の駆動コイルとを含む、請求項４に記載の装置。
6. 前記プラズマ管が、本体から延びる２つのアーム部分をさらに含み、各アームの端部が前記チャンバ壁と結合された、請求項５に記載の装置。
7. 基板処理チャンバと、
   前記処理チャンバと結合され、実質上線状のプラズマを発生させることが可能な１つまたは複数のμプラズマ源と
   を含むウェブ処理装置。
8. μプラズマ源が、
   前記処理チャンバに結合されたプラズマ管と、
   前記プラズマ管を実質上取り囲む１つまたは複数のフェライトブロックと、
   前記１つまたは複数のフェライトブロックを実質上取り囲む１つまたは複数の駆動コイルとを含む、請求項７に記載の装置。
9. 前記プラズマ管が、本体から延びる２つのアーム部分をさらに含み、各アームの端部が前記処理チャンバと結合された、請求項８に記載の装置。
10. 前記１つまたは複数の駆動コイルと結合された高周波電源をさらに含み、前記１つまたは複数の駆動コイルが多重巻きコイルを含む、請求項９に記載の装置。
11. ロールツーロール基板移送システム上の処理チャンバを通って基板を移動させるステップであって、前記処理チャンバが、基板がその間を移動できるように隔置された複数の充填剤ブロックを有する、移動させるステップと、
    μプラズマ源に電気的バイアスを印加して、前記基板から離れて実質上線状のプラズマを発生させるステップであって、前記実質上線状のプラズマが、前記基板の移動の方向に実質上垂直である、発生させるステップと、
    前記基板に電気的バイアスを印加して、前記基板に前記プラズマを引き寄せるステップと、
    前記基板が前記チャンバを通って移動するときに前記基板上に層を堆積させるステップと
    を含むウェブ処理方法。
12. 前記処理チャンバ内で、第１の方向に、少なくとも１つのプロセスドラムを回転させるステップと、前記処理チャンバ内で、前記第１の方向とは反対の第２の方向に、少なくとも１つの他のプロセスドラムを回転させるステップとをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記μプラズマ源が、
    前記処理チャンバに結合されたプラズマ管と、
    前記プラズマ管を実質上取り囲む１つまたは複数のフェライトブロックと、
    前記１つまたは複数のフェライトブロックを実質上取り囲む１つまたは複数の駆動コイルとを含み、前記方法が、前記１つまたは複数の駆動コイルに電気バイアスを印加するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
14. 前記プラズマ管が、本体から延びる２つのアーム部分をさらに含み、各アームの端部が前記処理チャンバと結合され、また前記プラズマが、前記チャンバ内で発生され、各アームの前記端部間に延びる、請求項１３に記載の方法。
15. 前記プラズマを前記基板に引き付けて前記基板上に層を堆積させるステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。

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